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1、毕业设计（论文）题目 多重自发辐射相干对光子关联的影响研究 完成日期2015年6月17日学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩
2、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”） 目 录摘要1关键词11 基本理论31.1 光与物质相互作用的半经典理论31.2 量子关联函数61.3 量子回归理论91.4 相干布居捕获122 三能级型原子强度关联的研究142.1模型与方程152.2 结论及解释172.3 本章小结183 四能级V型原子强度关联的研究183.1模型与方程183.2结果及讨论213.3本章小结264 总结与展望26致谢27参考文献27第 29页 共 28页多重自发辐射相干对光子关联的影响研究 摘要：原子相干和量子干涉效应是量子光
3、学研究一个热点问题，它们导致了许多有趣的量子光学现象，比如电磁诱导透明，相干布居捕获，无反转激光等。一般而言，获得量子干涉的途径有两种，一是利用强场驱动来获得量子干涉，另一种存在于原子的自发辐射过程中，当系统有两个或多个近简并的能级时，如用同一个真空模来耦合近简并能级和一个共同的能级时，将会产生自发辐射相干效应。本文研究了一个含有三个高度简并的激发态和一个基态的驱动四能级原子，利用半经典理论我们研究了多重自发辐射相干对荧光场的光子关联的影响。结果表明，三重自发辐射相干效应使得荧光场的关联性质可以通过调节失谐来实现强关联和反关联的变换。此外，由于系统对三个场的相对相位非常敏感，从而提供了一个有效
4、的控制光子关联的方式。物理上，这些有趣的现象可以利用缀饰态分析解释。Abstract: Atomic coherence and quantum interference is a hotspot in the field of quantum optics, which has led a series of interesting phenomena, such as electromagnetically induced transparency, coherent population trapping and lasing without inversion. Generally,
5、there exists two manners to obtain quantum interference. One is using strong external field to driven atom while the other one arises from the process of spontaneous emission. If a atomic system has two or more near degenerate levels, which are coupled with another common level with the same vacuum
6、mode, the spontaneously generated coherence (SGC) effect occurs. In this thesis, by using the semi-classical theory, the effects of SGC on the fluorescence photon correlations in a driven four-level atom consisting of three upper closely lying excited states and a single lower state are investigated
7、. It is found that in the presence of triple spontaneously generated coherence effects, the correlation properties of the three fluorescence fields can be switched from strong correlation to anticorrelation or vice versa by modifying the detunings. In addition, such a system is much sensitive to the
8、 relative phases of the three fields, which can provide an effective way to control the photon correlation. Physically, these interesting phenomena can be interpreted in terms of dressed state analysis.关键词：强关联；反关联；自发辐射相干；相位依赖的光学特性.Key words: Strong correlation; Anticorrelation; Spontaneously generat
9、ed coherence; Phase-dependent optical properties.量子干涉和原子相干效应由于其广泛的应用在量子光学和量子信息中，已经得到了极大的关注。众所周知，外在驱动场诱导的相干可导致各种有趣的现象，如电磁诱导透明 Harris, S.E.; Phys. Rev. Left. 1989, 62, 1033-1036.- Fleischhauer, M.;Imamoglu, A.; Marangos, J.P.; Rev. Mod. Phys. 2005, 77, 633-673. Wu, Y.; Yank, X. X.; Phys. Rev. A 2005,
10、71, 053806-1-7; Wu, Y.; Saldana, J.; Zhu, Y. F.; Phys. Rev. A 2003, 67, 013811-1-5; Wu, Y.;Yank, X. X.; Phys. Rev. B 2007, 76, 054425-1-6.，无反转激光 Imamoglu, A.; Field, J.E.; Harris, S.E.; Phys. Rev. Lett. 1991, 66, 1154-1156.- Zhu, Y.; Phys. Rev. A 1992, 45, R6149-R6152. Mandel, P.; Kocharwskaya, O.;
11、Phys. Rev. A 1992, 46, 2700-2706.等。如果没有外在耦合激光场，产生相干的另一种方式是源于量子化的真空模与原子系统在特定条件下的内在相互作用。在早期的研究中，Agarwal研究了在三能级的型系统 Agarwal, G.S.; Quantum Optics, Springer Tracts in Modern Physics; Springer-Verlag; Berlin, 1974.中的量子干涉效应，其特征在于，如果两个高度简并的上能级与一个共同的基态以同一真空模耦合，那么两个自发辐射通道可以发生干涉。这种效应通常被称为自发辐射诱导相干（SGC）或真空诱导相干（
12、VIC）。随后，在三能级原子系统中，各种基于SGC的显著效应已经呈现，如相干布居捕获 Zhu, S.Y.;Scully, M.O.; Phys. Rev. Left. 1996, 76, 388-391.，无反转激光 Wu, J.H.; Gao, J.Y.; Phys. Rev. A 2002, 65, 063807-1-5.，超快光开关 Wu, J.H.; Gao, J.Y.; Xu, J.H.; Silvestri, L.; Artoni, M.; LaRocca, G.C.; Bassani, F.; Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 057401-1-4.，暗态极化
13、 Joshi, A.; Xiao, M.; Eur. Phys. J. D 2005, 35, 547-551.，光学双稳态和多稳态 Cheng, D.C.; Liu, C.P.; Gong, S.Q.; Phy. Left. A 2004, 332, 244-249.和量子信息和量子计算 Bennett. C.H.; Divincenzo, D.P.; Nature(London) 2000, 404, 247.- Tan, H.T.; Xia, H.X.; Li, G.X.; Phys. Rev. A 2009, 79, 063805-1-8.。由于额外的能级可能引发额外的量子干涉，最近，
14、人们对多能级系统中的干涉效应予以极大的关注。有研究表明，在四能级型原子系统中，SGC效应对单光子和双光子吸收起到了至关重要的作用。 Hou, B.P.; Wang, S.J.; Yu, W.L.; Sun, W.L.; Phys. Rev. A 2004, 69, 053805-1-6.正如Arun所揭示，干涉效应引起荧光光谱分离，增强和缩小 Arun, R.; Phys. Rev. A 2008, 77, 033820-1-7.。四能级原子系统中，由SGC效应调制的自发辐射也被广泛的研究 Ghafoor, F.; Zhu, S.Y.; Zubairy, M.S.; Phys. Rev. A
15、2000, 62, 013811-1-7.。此外，四能级阶梯型原子系统中增强的三阶非线性效应，主要是由于量子干涉引起的 Wan, R.G.; Kou, J.; Jiang, L.; Jiang, Y.; Gao, J.Y.; Phys. Rev. A 2011, 83, 033824-1-7.。应当指出，上述的工作，只有单一SGC效应出现在具有两个高度简并能级与两个相应的非正交偶极跃迁的原子中。到目前为止，多重SGC效应备受关注。例如，Yang和Zhu研究了在一个封闭的双型四能级系统中两重SGC效应控制相干原子的跃迁 Yang X.H.; Zhu, S.Y.; Phys. Rev. A 2008, 77, 063822-1-6.。在四能级型原子中，当三个高度简并的上能级以同一个真空模耦合到基态时，应考虑三重SGC效应。Joshi等分析了在没有外加场情况下，三重SGC效应对原子跃迁的影响 Joshi, A.; Yang
