本文用两格点的量子关联研究无序系统的多体局域化相变。利用精确对角化的数值方法计算了无规磁场下自旋-1/2海森堡链的相邻本征态的两格点量子失谐之差与量子纠缠之差。结果表明在遍历相,相邻本征态的两格点量子失谐之差随链长的增长而逐渐趋近于零;而在多体局域化相,随链长的增长仍保持相对较大的值,这是多体局域化本征态违背本征态热化假定的反映,因此,相邻本征态的两格点量子失谐之差是研究多体局域化相变的有效工具。同时,与相邻本征态的两格点量子纠缠之差相比,分析发现用有限系统的量子失谐研究多体局域化相变比量子纠缠更具有优势。

利用Weyl对应规则和双模Wigner算符的纠缠态表示,得到一个新的参数化纠缠态表象|η1,η2,并用这个态|η1,η2推导出新的压缩变换和Radon变换。结果表明,投影算符|η1,η2η1,η2|恰恰是纠缠Wigner算符(τ,γ)的Radon变换,而任意双模关联态|φ的Wigner函数W(τ,γ)均可以通过可测量的概率分布|φ|η1,η2|2的逆Radon变换来重构。

利用全量子理论,对NCS场态与多光子跃迁二能级原子相互作用系统的量子纠缠特性进行了探究。分析了数态光子数、热平均光子数、跃迁光子数、原子初态等参量对系统量子纠缠特性的影响。结果表明:跃迁光子数越大,系统纠缠现象出现的时域越大,但是跃迁光子数的增大会破坏系统的平均纠缠度;原子初态参量对系统的纠缠度有明显的影响,原子趋于基态和激发态的系统纠缠程度是不同的,但对平均纠缠度的影响几乎相同;数态光子数越大或热平均光子数越小,系统纠缠现象出现的时域越小。

在不同导向磁场条件下,利用电磁感应透明效应(EIT)动力学过程,在87Rb冷原子系综中进行了两正交偏振光存储和释放的实验研究。研究结果表明:随着导向磁场的增加,磁敏感自旋波对存储寿命的影响不断减小,存储寿命逐渐增大,当磁场增加到125 G时,存储寿命达到15 ms。

为了提高运动模糊图像重建质量,提出量子纠错比特编码算法。首先量子按比特模2加进行编码,利用探测粒子态发现错误编码;然后Pauli矩阵的四个算子自检进行纠错;接着建立图像重建模型且给出了算法实现流程;最后实验仿真显示本文算法对图像重建边沿无明暗相间的条纹,没有虚影和瑕疵,像素误差平均值最小。

通过数值计算的方法,研究了两原子依次通过双模纠缠场时量子关联的产生,讨论了双模场的初始纠缠对两原子的纠缠和量子失谐的影响。结果表明:双模场的初始纠缠为零时,两原子的纠缠和量子失谐为零,初始双模场的纠缠不为零时,纠缠和量子失谐不为零并随时间演化;初始双模场的纠缠越大,两原子的纠缠和量子失谐越大;原子的两种初态(|e1,e2〉,|g1,g2〉)下,纠缠和量子失谐产生的阈值时间与双模场的纠缠度没有关系。

基于可控逆非均匀展宽(CRIB)存储技术,利用DLCZ方案中原子系综产生纠缠的思想,我们提出了一个利用单光子实现固态存储器之间纠缠的方案,并将它应用于量子中继器。与传统的方案相比,该方案不需要纠缠光子源,只需要独立的两个单光子源,这样不仅可简化实验过程,还可以节约量子资源,此外在单光子量级上保密性也可得到保障。

本文从量子梯度回声存储器(GEM)存储光脉冲时的麦克斯韦-布洛赫方程组出发,推导了GEM在k空间的极化声子描述及其满足的微分方程。我们解出了k空间行波通解,得到极化声子演化规律的数学表达式,加深了对已有的实验和数值模拟结果的理解。然后,我们考虑了实际原子系综量子态的退相干效应,解出了带有退相干参数的通解,发现了退相干效应对存储失真影响的定量关系。基于此,我们提出了GEM存储的一个优化方案。这个优化方案不但使存储的保真度有所提高,还缩短了翻转梯度外场与回声脉冲读取的时间间隔,为量子存储器走向实际应用提供了理论帮助。

腔光机械系统成为近几年的研究热点之一,它有广泛的应用前景。本文采用泛函路径积分方法研究了与机械振子耦合的光腔中玻色爱因斯坦凝聚体的基态特性,从热力学平衡方程,推导出了原子布居数的表达式。从配分函数推导出了系统平均能的表达式,研究了系统的热力学性质,从中我们可以观察到机械振子对超辐射相的影响。在光子-原子的耦合强度偏小时,机械振子几乎不影响平均光子数的分布;在光子-原子的耦合强度偏大时,平均光子数会随着非线性光子-声子相互作用的逐渐增大而急剧增大。

应用两流体动力学方程组,讨论了低温下玻色气体在圆柱形谐振势阱中的第一声和第二声,得到的声速值与均匀玻色气体的第一声与第二声不同,在T=0的情况下,得到的声速与由Gross-Pitaevskii(GP)方程得出的圆柱形谐振势阱中的声速相同。

作为亚波长的表面等离子体光波导,在传导电磁场模式的过程中,模式间的串扰是影响模式传输距离及其它物理特性的一个重要因素,因此本文首先系统地研究了两个平行放置的由介质-金属-介质纳米线阵列构成的混合表面等离子体光波导的模式耦合和串扰特性;其次作为对比,把波导结构变为金属-介质-金属纳米线阵列,同样平行放置两个来研究其模式耦合与串扰特性．研究结果表明,这两种混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的耦合长度远大于其有效传输距离。因此在进行高密度集成时,模式间发生串扰的概率将会非常小。基于这种特性,这两种结构的混合表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。

利用阻尼谐振子正则量子化方法,实现了耗散介观RLC串联电路的量子化,并在此基础上,研究了基于热场动力学(TFD)理论的热真空态下的电压和电流的量子涨落。结果表明,在热真空态下耗散介观RLC串联电路中的电压和电流存在着各自的量子涨落,且量子涨落及量子涨落积的大小不仅与电路中的器件参数有关,还与时间和温度有关。

本文通过求解泊松方程、电流连续性方程、载流子传输方程、量子力学波动方程、热传输方程、标量波动方程以及一些描述载流子特性和边界条件等的理论公式来分析多量子体系中电子的分布问题,并用实验的方法证明了理论结果。

本文采用幺正变换和改进的线性组合算符相结合的办法研究了自旋对量子线中强耦合束缚极化子性质的影响。计算了在自旋影响下量子线中强耦合束缚极化子的振动频率、基态能量和平均声子数。计算表明,在自旋影响下振动频率随受限强度和库仑束缚势的增大而增大,随耦合强度的增大而减小;基态能量分裂为自旋向上,向下两条能量,并随着振动频率的增大而减小;能量会随受限强度的增大而增大。

采用时域有限差分方法模拟、分析了woodpile结构中对称型和非对称型立体微腔构建的空间选频器传输特性。该结构在非共面的两波导之间引入对称型和非对称型的立体微腔,提高了器件集成度和空间利用率。模拟结果表明:文中所选类型的微腔,都可以很好的实现选频特性。对同一个非对称性微腔,输出频率会随着微腔的旋转而发生明显的改变。如果引入有效调节机制,可以达到连续调节输出频率的效果。该研究结果为光子晶体光学集成器件的集成化设计提供了新思路和重要的理论指导。

基于非临界相位匹配,尺寸4 mm×4 mm×25 mm的磷酸钛氧铷(RTP)非线性光学晶体,在全固态162 μm光参量振荡器(OPO)方面做了相关的实验研究,将808 nm半导体激光端面抽运的Nd:YVO4 1064 μm激光模块应用于腔外RTP-OPO,获得了高效稳定的光参量输出。对比了不同OPO腔长、不同声光调Q频率对信号光平均输出功率和信号光脉宽的影响,在34 W抽运功率、23 kHz的重复频率和4 cm OPO腔长下获得最高平均功率为11 W的1619 μm信号光输出,抽运光-信号光转换效率高达323％,总光-光转换效率为85％。在最高输出功率11 W下得到单脉冲宽度4 ns,比基频光脉冲宽度(30 ns)小得多。

设计了具有高量子效率的发光二极管(LED)芯片。LED的辐射复合速率对于器件的电子泄露,发光功率,在大电流下的效率下降等问题具有重要的影响。通过优化器件结构,新设计的芯片在大电流注入下,发光功率是传统结构的两倍。