研究了任意两量子位原子与二项式光场相互作用系统中两原子间的量子关联, 讨论了特定的三种原子初态下的不同参数的二项式光场对几何量子失协随时间演化的影响。结果表明:二项式光场的光子数M和概率σ对几何量子失协演化曲线有明显的影响。不同原子初态下, 几何量子失协演化曲线的振幅、相位和周期性表现出不同的特点。

本文提出了一种利用弱测量进行纠缠预补偿的方法。首先分析了十粒子Cluster态的受控双向量子隐形传态的传输过程, 通过理论推导给出了不同测量基下相应的幺正变换, 成功得到对方待传的未知量子态。在此基础上重点研究了振幅阻尼噪声对量子隐形传态纠缠保真度的影响, 并根据弱测量和反馈测量对量子传输信道的调控特性, 提出了预补偿的纠缠优化方法。理论分析与性能仿真结果表明, 相比于现有纠缠优化方法, 本方法不需要引入任何辅助粒子和复杂的系统操作就能获得更高的隐形传态保真度, 对克服纠缠退相干带来的隐形传态质量下降具有一定意义。

强度差压缩态光场是指两束光场的强度差起伏低于对应量子噪声极限的非经典光场, 由于其两束子模具有较强的强度关联而被用于量子成像、量子随机数产生技术中, 此外, 又由于其光场强度远高于压缩态光场、纠缠态光场等非经典光场而被广泛用于量子高灵敏测量中。本文利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器制备了13 μm强度差压缩态光场, 它作为一种双色关联光场可以为制备多色纠缠态光场以及开展量子计算奠定基础。

在87Rb冷原子系综中, 利用自发Raman散射过程, 实现了光与原子的纠缠。测量了Bell参数S随着写激发率的变化关系, 当写激发率增加时, Bell参数S逐渐下降。当写激发率约为1％时, 测量了Bell参数S与自旋波存储时间的关系。实验测得Bell参数S会随着存储时间t的增大而减小, 在t=80 μs的时候S参数的测量值仍然大于2, 证明产生的光与原子的纠缠可以保持80μs以上。本文的研究结果为产生高质量的光与原子量子纠缠提供了实验基础。

连续变量量子纠缠态是量子信息研究中的一项重要的量子资源。实验上, 通常使用非简并光学参量振荡器(NOPO)制备具有正交振幅和正交位相分量量子关联的量子纠缠态光场。本文详细分析了注入泵浦场噪声以及注入信号场和闲置场噪声对NOPO输出场纠缠特性的影响。结果表明, 通过优化实验参数, 可以减小NOPO注入场的噪声对NOPO输出纠缠光场的影响。同时, 减小注入场的噪声, 选取位相压缩的泵浦场、噪声关联的信号场和闲置场作为注入信号, 可以进一步提高NOPO输出光场的纠缠程度。计算中选取的参数, 以实验为依据, 可以为实验中改善NOPO输出场的纠缠特性提供参考。

实验上在87Rb玻色爱因斯坦凝聚体中, 分别采用激发态52P1/2中的超精细态F′=1和F′=2与基态52S1/2的超精细能级构成的Λ型三能级结构研究了电磁诱导透明和电磁诱导吸收现象。饱和吸收稳频技术和光学相位锁定技术为实验提供了稳定的探测光场和耦合光场。通过扫描探测光的频率, 绘制了电磁诱导透明和电磁诱导吸收中原子的吸收特性谱线。基于玻色爱因凝聚体抗干扰差的特征, 实验中采用吸收成像的方法来反映原子对探测光的吸收特性。实验中发现超精细能级的Zeeman效应使探测光和耦合光存在三种不同类型的跃迁:π跃迁、σ+跃迁和σ-跃迁, 这三种不同类型的跃迁对组成电磁诱导透明Λ型三能级结构和电磁诱导吸收类M型四能级结构起到了关键的作用。Induced Absorption in 87Rb Bose-Einstein Condensate

作为新型激光吸收介质, 氧化石墨烯以其独特的电子结构和光学性质已经展现出巨大优势。本文展示了单层氧化石墨烯的吸收光谱和成像在外电场作用下会发生2-3倍的强度变化, 吸收成像体现了单层氧化石墨烯光学特性的各向异性, 吸收强度的变化直接反映了电场对单层氧化石墨烯光学吸收性质的可逆操控。利用氧化石墨烯中极性含氧官能团在电场作用下的极化效应, 改变电子局域态密度分布, 从而改变单层氧化石墨烯的光学吸收特性, 为制备新型可调谐激光吸收介质奠定基础。

宏观机械系统的量子操控无论是在基础物理学还是在高精度测量和量子信息处理等的应用上都非常重要。其中关键的一步是将机械系统冷却到它的量子基态。本文提出了一个光力系统, 该系统包含了两个光学模式和一个与这两个光学模式都发生相互作用的机械模式。此外, 这两个腔模还分别由两束光驱动。通过对哈密顿量进行变换以及求解系统的海森堡-郎之万方程, 得到了机械振子最终平均声子数的表达式。结合作图发现, 这个系统的特殊结构可以实现在不可分辨边带情况下机械振子的基态冷却, 所以系统对腔的品质因子要求降低, 实验上更容易实现。另外还发现, 通过调节驱动光的功率可使得冷却效果达到最好。

本文提供了一种全新的基于俘获损耗荧光光谱技术的里德堡态原子布局测量的方法。相比于场电离光谱该方法可以实现对里德堡态原子数的非破坏测量。利用该方法我们测量了47D5／2和47D3／2里德堡态原子数与里德堡激发光功率的关系, 并使用三能级系统的布洛赫方程对实验结果进行了拟合。通过比较实验和理论结果, 我们发现当激发光功率超过40 μW时, 随着激发光光强的变大47D里德堡态原子数目的增加偏离理论预计, 出现了激发阻塞现象。

基于标准的非线性薛定谔方程, 在增加高阶项的基础上(包括三阶色散、自频移、自陡峭和喇曼增益), 采用分步傅里叶变换方法, 分别讨论了各高阶效应对二阶怪波的传输特性的影响。结果表明, 高阶效应的增加会使二阶怪波在传输过程中分裂得更快, 其中三阶色散、自频移和喇曼增益对中心位置的二阶怪波几乎没有影响, 但自陡峭效应会使中心位置的二阶怪波的幅度降低且中心发生偏移。

我们研究了在非线性光子晶体中嵌有施主和受主量子点中探测场的吸收特性。研究发现, 通过适当调节相关参数可以有效地控制探测光场的吸收。在考虑偶-偶相互作用下, 我们发现了很多有趣的现象。我们的方案为通过非相干泵浦场来控制复合纳米系统中弱探测场的吸收提供了可能性。

声光子晶体是一种同时具有光子和声子带隙的人工微结构, 因此可实现对光和声的同时操控, 在腔光力学及声光功能器件领域展现了广阔的应用前景。本文基于有限元数值计算方法, 研究了声光子晶体微腔的光声传感特性。研究结果表明, 通过简单地引入点缺陷, 声光子晶体不仅能很好地实现对光和声场的同时局域, 而且能同时获得光及声信号的高灵敏度传感, 光、声传感灵敏度分别达到了277 nm／RIU, 275 MHz／ms-1。由于光和声两个物理量能同时并独立地实现高灵敏度传感, 因此该种传感器能应用于更为复杂的生化传感。

在平面波和赝势法基础上研究了Ca位Na掺杂的钙钛矿型CaMnO3晶体材料的晶体结构、电子结构和光吸收性质, 分析了Na掺杂CaMnO3晶体材料的电输运过程。结果表明, Na掺杂Ca位使CaMnO3的晶胞三轴长度均增大, Na掺杂在CaMnO3中引入了晶格畸变, 且晶格畸变是各向异性的。Na掺杂之后, CaMnO3晶体材料内的O-Mn-O形成的八面体逐步向两个O顶点方向拉长和扭曲。未掺杂和Na掺杂CaMnO3带隙宽度分别为0713eV和0686eV, 均呈现明显的半导体特性。在费米能级附近, s态电子对CaMnO3的态密度贡献最小, p态电子对费米能级以下的态密度贡献最大, d态电子对费米能级以上的态密度贡献最大。Mnp态电子对费米能下方能级形成贡献较大, 而Mnd态电子对费米能上方能级形成贡献最大, Op态电子对费米能下方能级形成贡献较大, 而Op态电子对费米能上方能级形成贡献最小。与未掺杂CaMnO3相比, Na掺杂CaMnO3晶体材料吸收能量向低能量移动, 且存在两个强吸收峰, 其在615 eV附近的吸收最强。

本文基于投影纠缠对态的自旋梯子系统的张量网络算法提供了一个有效的方法, 来研究两腿自旋1／2的XXZ梯子量子系统的量子临界性, 通过与单位格点基态保真度相结合, 得到清晰的基态保真度三维图, 来探测量子多体系统的量子相变, 从而可以绘制出两腿自旋1／2XXZ梯子量子模型的基态相图, 在相图中出现铁磁(FM)相、条纹铁磁(SF)相、Néel(N)相、条纹Néel(SN)相、Rung singlet(RS)相、Haldane(H)相、Rung triplet(RT)相、临界XY相(XY1相和XY2相)。在不知道系统是否存在局域序参量或非局域序参量的情况下, 可以通过系统的基态波函数, 在对称性破缺相中由约化密度矩阵得到局域序参量;或者在对称性相中, 找出系统存在的非局域序参量, 来完整地描述系统的量子相变和量子临界现象。

采用LLP变分法和幺正变换的方法, 研究了电场对三角量子阱中强耦合磁极化子性质的影响。通过理论推导得到了极化子基态结合能的表达式, 结果显示极化子基态结合能分别是电子-声子耦合强度、电子面密度、磁场回旋频率及电场强度的函数。在不同电场下, 通过数值计算分别得到了极化子基态结合能与电子-声子耦合强度、磁场回旋频率及电子面密度之间的函数关系。数值计算结果表明:极化子的基态结合能是电子-声子耦合强度和电场强度的增函数, 而且是电子面密度和磁场回旋频率的减函数。

激光稳频技术广泛应用在量子光学和量子通讯的实验系统中, 用于提高激光频率的稳定度或改善光学谐振腔的输出稳定性等。本文综述了基于光学谐振腔共振频率的稳频技术如PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术、Lock-in鉴相稳频技术、Tilt-locking稳频技术的研究进展, 并在这些稳频技术的基础上, 阐述了新型改进和发展的自动激光稳频技术。

设计和研制了两台自由光谱区为750 MHz, 精细度300的高精度控温无源光学谐振腔, 分别用于监测自制的双10 W级相位关联连续波1 064/532 nm双波长激光器的单频特性和作为稳频系统的参考腔, 通过将双波长激光器的频率锁定到参考腔, 进一步提升双波长激光器的输出频率和功率稳定性。单频1 064 nm激光器1 min的频率漂移量以及4h内功率波动性分别由未锁定状态的21.82 MHz和±0.97%降低到锁定条件下的9.84 MHz和±0.32%。