一维波导管与混合原子光机械耦合系统中双光子传输的控制

摘要

近些年来，随着量子信息的发展，人们对量子信息的控制要求越来越高。光机械系统，作为一种新型的光子-声子相互作用的非线性系统，可以作为潜在的量子信息处理控制器件。光对机械振子的辐射压力可以等效成一个Kerr非线性，从而使得腔内的光子呈现出反聚束效应。特别是在少光子强耦合的情况下，这种强的非线性相互作用可以使得光子呈现出强的反聚束效应，目前强耦合的实现仍然是个难题。而对于少光子弱耦合情况，仍然有研究表明，光机械系统也可以实现反聚束效应，甚至是光子阻塞效应。同时，由于光机械系统是能够实现光子与声子，光子与电学系统的耦合，从而可进一步提供进行混合系统量子系统控制的可能，所以研究光机械系统在量子信息处理中的应用有着很重要的意义。
　　为了利用非线性来控制双光子的传输，我们将一维波导管与一个混合原子-光机械系统侧边耦合，研究双光子在这个光机械系统中的传输性能。由于四能级原子系综能够诱导非线性，因此原子系综的引入能够进一步提高非线性的效果。我们的研究表明一个四能级原子产生的Kerr非线性可以使光子产生反聚束效应，这种作用只参与双光子的过程，而光机械耦合诱导的非线性则既参与单光子传输也参与双光子传输的过程，所以它可以使双光子表现出聚束或反聚束效应。
　　本文的具体结构如下:第一章介绍了量子力学以及量子光学的基本理论，包括Schr(o)dinger方程，量子态及其表象，散射理论以及S矩阵，波导管相关知识的介绍，Jaynes-Cummings模型，绝热剔除以及聚束与反聚束效应。第二章则主要介绍腔光机械系统以及一些常见系统中哈密顿量的推导过程。第三章主要介绍一维波导管与复杂光机械耦合系统中双光子传输的控制，分别从模型的介绍以及有效哈密顿量的推导，数值计算以及结果分析，最终得出在这个系统中双光子传输控制的方法。

目录

声明

摘要

引言

1 量子力学以及量子光学的基本理论

1．1 量子态及其表象

1．2 Schrdi?nger方程

1．3 Jaynes-Cummings模型

1．4 散射理论以及S矩阵

1．5 绝热剔除

1．6 聚束与反聚束效应

1．7 波导管的相关知识

2 腔光机械系统简介以及几种常见的耦合机制

2．1 腔的相关知识介绍

2．2 腔光机械系统

2．3 一维波导管与腔耦合的哈密顿量

3 一维波导管与混合原子光机械耦合系统中双光子传输的控制

3．1 模型和有效哈密顿量

3．2 理论计算及结果分析

3．3 光子传输的控制

3．3．1 由四能级原子产生的非线性的作用

3．3．2 辐射压产生的非线性的作用

3．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢