鉴于通常的Wigner算符是不正定的,我们提出将其经过以参数k表征的高斯函数光滑以后的广义Wigner算符,在证明其正定和完备性以后,将它发展为量子光场密度算符及其经典对应的新理论,特别地当k=1时,它退化为了在相干态表象中的P-表示.

在量子密钥分发协议中,需要消耗一定的比特用于误码检测。研究实际QKD系统中用于检测量子误码率的检测比特数,得到了误码率、允许误差、漏检率和最少检测比特数之间的关系;分析了实际QKD系统中所需要的检测比特数。研究结果表明,实际QKD系统中,用于误码检测的检测比特数为2 760时就可以估算量子误码率。

利用电磁感应透明效应的动力学过程我们在87Rb冷原子系综中实验实现光学信号的存储和释放。通过改变信号光和耦合光的角度实现了自旋波波长的变化。在此基础上我们研究了存储寿命与自旋波波长的关系,结果表明,光存储寿命随自旋波波长(角度)的增加(减小)而增加,当自旋波波长大于2.2 mm(信号光和耦合光的角度小于0.02度)时,存储寿命可达到2.4 ms。

在热的铯原子汽室中,借助双Λ共振四波混频效应,实验研究了入射探针光脉冲和产生的共轭光脉冲的同时慢光传输特性。实验中首先将泵浦光锁定在铯原子D1线超精细跃迁F=4→F′=3上,将探针光调至超精细跃迁F=3→F′=3附近扫描,通过对探针光和共轭光增益特性的分析,给出获得最大增益所对应的最佳铯泡温度约110℃。最后,采用365 ns高斯脉冲作为入射探针光脉冲,研究了探针光脉冲和共轭光脉冲的延迟时间与双光子失谐的关系。通过改变双光子失谐,探针光脉冲的延迟时间可以从40 ns增加到343 ns,相应的群速度从1 875 km/s 减小到219 km/s;产生的共轭光脉冲的延迟时间可以从12 ns增加到159 ns,相应的群速度从6 250 km/s 减小到472 km/s。

研究被两正交光场耦合的V型三能级原子系统中电磁诱导下的左手效应。讨论了正交耦合光场强度、探测场失谐量和上能级间自发辐射耦合相干对该原子系统介电常数、磁导率和折射系数的影响。研究表明,在合适的参数条件下,该原子系统的介电常数、磁导率在二维相同的区域内同时为负值,且取值分布具有各向同性的特征;即产生了各向同性的二维左手效应。

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311++g(d,p)基组水平上优化了不同外电场下2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑(MMTD)分子的基态稳定构型、电偶极矩、电荷分布和分子的总能量,在此基础上利用杂化CIS方法研究了外电场下MMTD分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度受外电场的影响规律。结果表明:1C-6S和1C-7S间键长受到Y轴向外电场影响最大,随着外电场的增加,可能最先趋于断裂;在外电场强度F=0.010a.u.时总能量达到最大,而偶极矩达到最小;最低空轨道能级LUMO受外场影响较大,而最高占据轨道能级HOMO受外电场影响较小;MMTD分子UV-Vis光谱随外场增加发生红移,且当外电场增大到F=0.020a.u.时,在可见光区域出现吸收峰;激发能、振子强度也受外电场影响,但随电场的变化比较复杂。

为了减小锶原子跃迁谱线的多普勒增宽及频移,需要对锶原子进行激光冷却以降低它的速度,而一级冷却只能将原子温度降低至mK量级,这样的原子其速度过大而无法有效地装载至光晶格中,因此必须进行二级冷却。锶原子存在单重态与三重态(5s2)1S0→(5s5p)3P1间互组跃迁,利用与其跃迁波长在689 nm的窄线宽激光对锶原子进一步冷却,可将锶原子团温度降低至μK量级。利用时序有效、准确地控制磁场和光场与原子相互作用时间,通过飞行时间法对锶冷原子温度进行了测算。实验中应用计算机精确控制磁光阱区域中冷原子团下落时间,EMCCD记录冷原子团初始时刻和下落20 ms后的状态。经过分析计算二级冷却温度为4.39 μK,不确定度仅为0.19 μK,二级冷原子团数目约为1.2×107。低温二级冷却锶原子温度及原子数目的获得为锶光钟跃迁信号的信噪比估计提供实验参考,也是实现高精度时间频率标准的前提。

我们用简单的系统实现了6Li费米原子的冷却及俘获, 研究了磁光阱中冷原子的装载动力学。 由于其质量小和反冲动量大等特点, 装载、冷却及俘获过程和其他的碱金属原子具有极大的不同。我们测量了装载率、单体碰撞损失率和原子数与温度的关系。 基于气体动能和原子碰撞散射的理论计算来解释实验的测量结果。 实现的长寿命6Li冷原子对将来研究超冷费米原子的量子简并及其强相互作用具有重要的意义。

本文运用数值模拟的方法讨论在PT对称高斯势中孤子的散射问题,包括演化动力学,孤子振幅和质心位置的传输动力学以及PT对称高斯势对孤子单向散射特性的影响。结果表明在一定的参数范围内,单个孤子或孤子串的散射都能展现出单向流的特性,并且可以通过适当地调节PT对称高斯势的参数来实现孤子单向散射的操控。

本文首先应用Adomian分解法给出了横向非周期调制的五次非线性薛定谔方程的精确孤子解,并将其同数值结果进行了比较,它们吻合得很好。进而针对不同介质的传播常数k研究了精确解的线性稳定性和非线性稳定性,k<1.724时孤子解不稳定,1.724≤k<2.264时其具有非线性稳定性,但是不具有线性稳定性;k≥2.264时孤子解既是非线性稳定的,也是线性稳定的。

以耦合Ginzburg-Landau方程为模型,对石墨烯锁模光纤激光器中脉冲的动力学行为进行了详细地研究。首先,采用拟解法推导了该方程组的啁啾类暗暗孤子对解;其次,对啁啾类暗暗孤子对的传输特性及稳定性进行了数值研究。结果表明:合理选择系统参数,不仅可以得到啁啾类暗暗孤子对的精确解,而且该精确解还可以在一定的扰动下稳定传输。相关结果将为设计和改善石墨烯锁模光纤激光器的性能提供一定的理论依据。

本文给出了入射到半无限光子晶体上的波的反射系数计算公式。对由普通材料、双负材料和单负材料组成的一维半无限光子晶体中光的反射进行了数值模拟计算。发现半无限光子晶体的反射率曲线与有限光子晶体相比变得平滑,是有限光子晶体迅速振荡的反射率平均的结果。TE波的反射取决于介电常数的差异,而TM波的反射取决于磁导率的差异。单负-单负材料中的场是倏逝场,存在一个通带使场无位相延迟的传播。当满足εB=-εA,μB=-μA 和dA=dB条件时反射率变为零。

通过操控线性和非线性损耗,使激光器满足单频运转的物理条件,获得了稳定高功率单频激光输出。利用非线性损耗取代了现有的标准具锁定技术,实现无调制锁定的宽带连续可调谐激光输出。

利用圆柱形介质设计了一个Bragg微腔结构,含有圆柱形和环形两个微腔。基于传输矩阵理论,通过研究会聚柱面波的反射相移,根据反射相移在Bragg禁带中的尖锐突变来确定微腔结构的共振模。较之其他计算方法,相移方法操作简单,图像直观,且行之有效。研究表明,随着中心圆柱形微腔的半径增大,方位指数相同的两微腔共振模之间会发生相互作用,在腔模光子能量相近时耦合效应最强,导致双微腔的耦合共振模曲线出现反交叉现象。最后给出了耦合共振模的空间电磁场分布。

光纤环形谐振腔作为谐振式陀螺的关键部件,其对频率的敏感程度决定了陀螺的性能。空芯光子晶体光纤作为一种新型光纤可以有效地抑制谐振式陀螺中的各种光学噪声,具有广阔的应用前景。采用光叠加法对空芯光子晶体光纤谐振腔各参数对谐振腔的Q值、陀螺灵敏度的影响进行了仿真。通过计算分析表明,当耦合器插入损耗为0.04,激光器线宽为60 kHz,光纤长度为10 m时,存在一个最佳耦合系数0.123,使得陀螺灵敏度最小值为0.572 5°/h。

理论分析相干态位移参数估计在弱测量方法下的放大效应。引入偏振态作为附属态(Ancilla States),分别进行初选择和后选择,中间的相互作用采用了偏振相关的弱位移操作算符。通过最后检测光子数的分布来估计位移参数;在牺牲检测光子强度的情况下可以有效提高放大效应。