利用里德堡原子电磁诱导透明现象研究卡西米尔效应

摘要

里德堡原子有很多优良的性质，例如自发辐射寿命长、极化率大、跃迁偶极矩强等。里德堡原子间的相互作用引起的偶极阻塞效应，可用于制作量子比特，还可以用于研究多体效应和非线性效应。电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency，简称为EIT）是由原子与耦合光和探测光相互作用引起的，在探测光共振频率处，本应出现的探测光吸收现象消失的一种量子相干效应。相比于普通原子的EIT，里德堡原子的EIT具有很多特殊的性质，例如，产生非经典光、协同效应、非线性吸收等。随着集成原子光学的发展，人们可以在固体表面器件（原子芯片）上操作冷原子。当原子距离芯片表面几十微米左右时，由电磁涨落所引起的卡西米尔-博尔德效应（Casimir-Polder effect，简称为CP effect）会对原子能级产生一定的影响，从而影响EIT的透明窗口。本论文研究了不同参数的里德堡原子团在真空中和芯片表面附近的EIT，探讨了原子团密度和高度、主量子数和芯片材料的电磁性质对里德堡原子EIT的影响，说明了利用里德堡原子的EIT可探测CP效应，反之，也可通过CP效应来调节里德堡原子的EIT。
　　（1）我们回顾了里德堡原子的基本性质，并详细介绍了里德堡原子的偶极矩的计算方法，进一步计算了里德堡原子的斯塔克效应，讨论了里德堡原子间的相互作用等。
　　（2）我们把里德堡原子简化为二能级系统，利用蒙特卡罗法模拟了里德堡原子的偶极阻塞效应。接着我们模拟了里德堡原子的EIT，并考虑了里德堡原子间的相互作用。较高密度下，里德堡原子间存在的相互作用会使双里德堡布居态的能级产生移动，从而导致其吸收曲线出现非对称线型；在低密度下，由于原子间距较大，里德堡原子间的相互作用较弱，可以近似等价于普通原子的EIT。
　　（3）我们研究了在原子芯片附近的里德堡原子的EIT，计算了不同原子团密度、原子团中心的高度和主量子数等参数下，CP效应对里德堡原子EIT的影响。里德堡原子间的相互作用在低密度下不会影响EIT对CP效应的探测，原子团中心距离芯片表面越近，CP效应对里德堡原子EIT透明窗口的影响越明显，而主量子数越高，CP效应和里德堡原子间的相互作用对EIT透明窗口的影响都会增强，说明通过合理地选择原子团密度及其中心的高度和主量子数可以使CP效应的影响完全由里德堡原子的EIT透明窗口的改变体现出来，即能利用里德堡原子的EIT探测CP效应。

目录

声明

第1章 绪论

1.1背景介绍

1.2 章节安排

第2章 里德堡原子

2.1 里德堡原子的基本性质

2.2里德堡原子的波函数

2.3 偶极矩和斯塔克效应

2.4 里德堡原子间的相互作用

第3章 偶极阻塞和电磁诱导透明

3.1 偶极阻塞效应

3.2 里德堡原子的电磁诱导透明现象

第4章 卡西米尔-博尔德效应

4.1 里德堡原子的卡西米尔-博尔德势

4.2 并矢格林函数

4.3 结果分析和讨论

第5章 芯片上里德堡原子的电磁诱导透明

5.1 原子密度对芯片上里德堡原子的电磁诱导透明的影响

5.2 原子高度对芯片上里德堡原子的电磁诱导透明的影响

5.3主量子数对芯片上里德堡原子的电磁诱导透明的影响

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间的科研成果