阻尼情况下的单原子微激光

摘要

单原子微激光自1985年首次从实验上实现以来，引起了更为广泛的关注，已成为一个十分活跃的研究领域。单原子微激光直接验证了辐射场与物质耦合的最简单系统，单个二能级原子与单模电磁场相互作用的J-C模型，同时又具有量子光场的许多特性，如其光子数具有泊松分布和亚泊松分布，反聚束效应，捕获态等，是完全意义上的量子光场，为光与物质相互作用的研究提供了强有力的工具。很多科学家着重设计了原子各种的输入方案来减小场输出光噪音，泊松泵浦、规则泵浦注入，从而形成不同泵浦注入方式的单原子微激光理论。 本论文第一章介绍了单原子微激光的概述，讨论了不同泵浦注入单原子微激光的稳态光子数分布，并讨论了不同泵浦方式的量子噪音，得到规则泵浦注入的量子噪音要比泊松泵浦注入的量子噪音小，并简单介绍了关于微激光的实验。接着第二章我们用密度矩阵主方程的方法具体讨论了不考虑原子与场相互期间的腔损耗时的单原子微激光的情形，并分析了“负几率分布”消失的条件。 第三章是本论文的重点，研究了阻尼情况下规则泵浦注入的单原子微激光。以往研究的单原子微激光都忽略了原子与场相互作用期间的腔损耗，而只考虑原子飞出腔后的腔损耗。这种做法在原子与场相互作用时间很短或腔损耗很小的情况下是可以的，但当原子与场相互作用时间较长或腔损耗较大时是不适用的。这里我们考虑到这种腔损耗，并分别采用密度矩阵主方程和分布迭代的方法来研究了规则泵浦注入的单原子微激光，并用数值模拟的方法来研究了稳态光子数分布、平均光子数等性质。结果表明，密度矩阵主方程方法考虑腔损耗时，注入率r与腔损耗系数c所需的阈值r/c较不考虑腔损耗时增大。随腔损耗增大，稳态光子数分布曲线朝光子数减小的方向移动且峰值下降，平均光子数也随之下降，且损耗系数越大下降越多。所以，得出当原子与场相互作用时间很长或腔损耗很大时原子与场相互作用期间的腔损耗是不能被忽略掉的。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

前言

第一章单原子微激光概述

1.1单原子微激光模型

1.2稳态光子数分布

1.2.1泊松泵浦注入的稳态光子数分布

1.2.2微激光的崩塌与复苏

1.2.3规则泵浦注入的稳态光子数分布

1.2.4泊松泵浦注入和规则泵浦注入（分步迭代模式）单原子微激光的比较

1 3微激光的量子噪音

1.3.1原子的有规泵浦对激光噪音的影响

1.3.2原子的一般泵浦对激光噪音的影响

1.4微激光的实验

1.4.1 Kyuagwon.An等人的微激光实验

1.4.2微激光中的捕获态

第二章规则泵浦单原子微激光的密度矩阵主方程

2.1密度矩阵主方程及其稳态解

2.2阈值条件

第三章阻尼情况下的规则泵浦注入的单原子微激光

3.1阻尼情况下单模场与二能级原子相互作用的解析解

3.2密度矩阵主方程解

3.2.1阈值条件

3.2.2光子数分布

小结

3.3分步模式解

3.3.1光子数分布

3.3.2平均光子数分布

小结

3.4密度矩阵主方程解与分步模式解的比较

第四章总结

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文

致 谢