我们研究了量子光学理论中的宇称算符及其应用。我们用有序算符内的积分方法,从宇称变换的物理意义出发自然地导出量子宇称算符的明确表达式;并将宇称变换和其它量子变换(如坐标-动量互变、压缩变换等)结合在一起考虑,构建了联合变换算符。最后给出了宇称算符在构建共轭纠缠态表象的应用。

构造了五态叠加多模泛函量子叠加态光场|ψ(5)(fj)〉q。利用多模压缩态理论,研究了态|ψ(5)(fj)〉q 的广义电场分量在其不等强度非对称叠加条件广义非线性不等幂次Nj次方振幅压缩特性。结果发现:① 对于态|ψ(5)(fj)〉q的不等强度非对称叠加情形,在一定条件下,态|ψ(5)(fj)〉q的广义电场分量就可呈现出任意次不等幂次且周期性变化的广义非线性Nj次方振幅压缩效应;② 态|ψ(5)(fj)〉q的多模泛函相干态中各模经典振幅和经典相位等的空间任意分布特征以及经典强度和经典振幅的任意非对称空间分布特征将对其不等幂次振幅压缩效应的压缩结果及压缩程度等产生直接的影响;③ 态|ψ(5)(fj)〉q的广义非线性不等幂次振幅压缩效应的研究结果和结论具有普遍的理论意义。

本文构建了m-光子增混沌光场,利用有序算符的积分技术导出了归一化常数,及其在振幅衰减通道中的衰减规律。我们求出了m-光子增混沌光场经振幅衰减后的密度算符,及其平均光子数随时间指数衰减的公式。

本文报道了一种用于镱原子光钟的759 nm光晶格激光频率锁定方法。759 nm激光通过Pound-Drever-Hall(PDH)技术锁定在一个腔长为10 cm的超低膨胀系数(ULE)的高细度Fabry-Perot(FP)腔上。激光频率被锁定后的测量结果表明,759 nm的光晶格激光线宽被压窄到小于200 kHz;运用频率锁定的759 nm激光和飞秒光梳拍频来监测超稳腔的长期漂移率,结果显示ULE超稳腔的漂移率为016 Hz／s。将锁定后的759 nm光晶格激光用于镱原子光钟光晶格的装载,实现了镱原子在光晶格场中的稳定装载以及对光晶格场频率的精确控制,从而为镱原子光钟的闭环运转做了必要的技术准备。

基于三角波调相谱技术的谐振式集成光波导陀螺(RIOG)信号检测,光波相位调制引入的频谱分量所带来的光学噪声成为限制陀螺性能提升的主要因素。结合光波在三角波相位调制下的频率变化特性和波导谐振腔的光传输特性,给出了三角波调制下的同步解调信息;依据三角波调制下对背向散射噪声抑制的幅度调制参数和系统最大灵敏度工作点的频率调制参数,结合多光场叠加原理,理论仿真分析了谐振谱不同谐振区的输出脉冲噪声,这种脉冲噪声将对工作于不同调制频率下顺逆时针传输光波的信号采集区带来干扰;搭建了基于二氧化硅波导环形谐振腔的陀螺实验系统,分别测试了激光扫描下谐振腔不同谐振区的脉冲噪声和激光频率锁定在谐振腔谐振点时的脉冲噪声,与理论分析一致。分析结果表明,RIOG采用的三角波调相谱信号检测技术存在无法克服的脉冲噪声,针对不同要求的RIOG,给出了相应的调制技术方案,这为RIOG的工程化和性能优化提供了技术参考。

本文发展了一种基于傅立叶变换的相位误差预估技术来计算干涉条纹的相位误差,从而得出干涉式示差折光仪的理论检测极限的新方法。本文通过模拟计算了相位误差的精度为3.4×10-8×2π rad,即折光仪理论检测极限为2.2×10-12 RIU。模拟结果与以往文献中实验数据对比证明此技术的可行性。同时,我们也详细讨论了干涉条纹的相位误差的精度与CCD探测器的像元尺寸、比特深度以及干涉条纹的空间周期的关系,模拟结果给出了优化的CCD参数及干涉系统参数。这种技术为进一步实现示差折光系统的实验参数选择以及检测极限的研究提供了理论指导。

利用Feynman路径积分的方法,研究了第一个周期之后关闭谐振子势阱对多模式原子干涉仪动力学特性的影响机制。第一次Kapitza-Dirac脉冲产生出大量具有不同幅度值的模式。脉冲的强度决定了每个模式的幅度值以及模式的总数。外场的作用使这些模式的演化路径相对于没有外场情况下的路径发生偏离。 在第二次Kapitza-Dirac脉冲后关闭谐振子势阱,外场作用使不同模式的运动路径再次发生偏移,同时对测量时刻态密度的分布产生影响。当外场为重力场时,关闭谐振子势阱后测量精度随模式数的增加而增加,理论估算可以达到10-9。

本文提出了一种基于纠缠交换的量子局域网络传输模型,结合传统通信网络的树形局域网模型,使用经典通信协议,并根据以太网IEEE8023一般帧格式设置一种帧格式用来承载建立量子信道的控制信息。用户间依靠该局域网模型通过纠缠交换协议以及经典信道辅助传递控制信息来控制用户间量子信道的建立与释放,实现端到端量子信息的传输。对该网络的吞吐率进行分析表明,当节点时延为1 μs,将传输过程中理想条件下的概率PSW、Pbel、Ptes设为08,则吞吐率随着网络中纠缠粒子生成概率Pbor增加而显著增加,最大为550 kb／s;将传输过程中理想条件下的概率Pbor、Pbel、Ptes设为08,吞吐率也随着网络中纠缠交换成功概率PSW的增加而增加,最大为450 kb／s;同时当节点时延每增加1 μs,相同条件下的网络吞吐率将下降50％。因此,在将来量子局域网设置中应尽量提升纠缠交换过程的成功率,同时优化信道,降低经典信道的时延以提高量子局域网中的的系统吞吐率。

Dicke模型(DM)用于描述单模玻色光场与多个全同二能级原子相互作用。本文利用自旋相干态变分法得到两模光机械系统中基态能量的精确解,并通过变分法求得相变点并画出基态相图,并在此基础上研究原子-场耦合强度等系统参数对基态稳定性的影响。通过稳定性讨论,我们发现:原子-光子耦合常数g和光子-声子耦合常量ζ都会对光机械系统的基态特性产生影响。当双模光腔变成单模光腔时,机械振子能诱导超辐射相的塌缩;而且当光子-声子耦合强度大时,超辐射相被完全压制,而直接出现两原子能级之间的转移;存在不稳定的非零光子态,类似于超辐射态。光机械腔中光子-声子耦合诱导的超辐射态的塌缩和复苏是不同于光腔内囚禁的BEC系统,即机械振子不存在时的情况,而双模光腔对量子相变点和相图预期也会有影响。可见,分析机械振子的对多稳性和相关的量子相变的影响是非常有意义的课题。

本文设计了一种由磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)三种半导体材料以及电介质材料堆叠而成的锥形光栅等离子体超宽带红外线吸收器,利用表面等离子体共振效应对入射电磁波实现吸收。我们采用频域有限差分法(FDFD)对此吸收器性能进行探究,在经过大量计算后得到了最优化结构参数,在入射角范围0～80°和入射波长为28～60 μm红外波长范围内实现了92％以上的高效吸收。此外,我们还研究了各结构参数对吸收效果的影响,结果表明:复合层数以及半导体材料的厚度对吸收率的影响相对较大,而复合层宽度、电介质材料厚度对吸收率的影响较小。本文所设计的吸收器有望在红外探测、光谱学等方面得到应用。

本文利用Rydberg阶梯型三能级系统的电磁诱导透明光谱实现了509 nm倍频激光器的无调制频率锁定。我们在实验中使用852 nm激光和509 nm激光在铯原子蒸汽池中构成阶梯型三能级体系,852 nm激光器的频率锁定在铯原子6S1／2→6P3／2共振跃迁线上,509 nm激光在铯原子激发态6P3／2→62D5／2 Rydberg态的跃迁频率附近扫描获得了Rydberg态的电磁诱导透明光谱。利用852 nm半导体激光器的频率调制作为参考信号,对探测的电磁诱导透明光谱信号进行解调得到误差信号,实现了509 nm激光器的频率锁定。通过分析误差信号的频谱,对伺服电路的低频和高频反馈参数进行优化,获得的最佳锁定线宽约为533 kHz,最小阿伦方差达到15×10-11。

本文研究了超冷原子与光腔的耦合系统。一团无相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体囚禁在法布里-珀罗光学谐振腔中,其中两束频率不同的驻波激光场被激发,形成了一个准周期性光晶格。同时,原子受到一个恒定外力作用,外力由原子本身重力提供。本文重点研究了腔场调控下的一维准周期性晶格中的腔动力学和原子动力学。采用平均场理论、绝热近似、襞裂算符等方法,对上述系统进行了数值模拟。结果显示,频率不同的两种晶格的叠加,使势阱的周期性得到破坏,腔和原子的动力学特征均显示出周期性被破坏的现象。此外,我们还从晶格能带的角度进行了分析和解释。原子质心运动与腔驻波场的耦合,使腔内探测光受到影响,这为探测原子动力学提供了有效途径。

在非均匀光纤中,基于带有分布色散,自相位调制和自陡峭的变系数修正非线性薛定谔方程(Vc-MNLSE)及其两种暗孤子解,详细讨论了不同形式的拉曼增益对暗孤子解传输特性的影响。结果表明:周期的正弦函数拉曼增益会使两种暗孤子解的背景波产生周期性振荡,并且振荡周期和幅度均随正弦函数的参数变化而变化;双曲正弦函数和指数函数的拉曼增益将会使两种暗孤子解的背景波功率升高;正切函数的拉曼增益会使两种暗孤子解的背景波产生阶跃性变化,且周期振荡暗孤子解会在传输过程中发生分裂。

本文设计了一种支持Fano谐振传输特性的金属-介质-金属(MIM)型表面等离子体光波导结构,该结构由带有枝节谐振腔的直波导和一个开口方环谐振腔组成。利用数值方法详细研究了Fano谐振传输特性对几何参数的依赖关系,并通过时域耦合模理论(CMT)对给定参数条件下的传输谱进行了拟合验证。同时,也对该结构在折射率传感器方面的应用进行了研究,通过计算介质折射率变化引起的Fano谐振峰的波长变化可以发现,传感器的灵敏度高达1500 nm／RIU,品质因子超过1800。这种表面等离子体光波导结构在光子器件集成及纳米滤波器、快速光开关以及折射率传感器等领域有一定的应用前景。

构造一个简易的模型描述拓扑超导相中Majorana 费米子的约瑟夫振荡,与平庸相中的约瑟夫振荡相比,周期增大一倍.其本质的原因是由于拓扑超导相中发生量子隧穿的Majorana 费米子对的电量为e,而平庸相中量子隧穿的库珀对的电量为2e。