低频强场作用下三维光子晶体中单个二能级原子的自发辐射

摘要

控制受激原子的自发辐射是当前量子光学领域的一个重要课题。现有的研究表明 ,原子不同跃迁通道之间的量子干涉导致了新的光学现象 ,如无粒子数反转光放大 ,光谱变化 ,自发辐射相消等。Evers和Keitel提出了一种非常有效的方法 ,相当大地降低了一个二能级系统中上能态布居数的衰减 ;在他们的方法中 ,一个相干的强的低频场作用于单个二能级原子 ,此场的频率低于原子跃迁的整个衰减宽度 ,产生了由上能级到下能级原子态的不同衰减通道 ,从而导致自发辐射的量子干涉 ,显著地抑制了自发辐射。另一方面 :在光学和固体物理领域 ,光子晶体引起了人们很大的兴趣。它提供了改变和控制自发辐射的另外一种方法 ,关于处于光子晶体中的原子的自发辐射 ,已经发现了许多由于带隙的影响而产生的显著效应 :光子—原子束缚态的出现 ,自发辐射的相干控制 ,量子干涉效应的增强等。本文考虑了处于三维各向异性光子晶体中的单个二能级原子 ,若原子的跃迁频率接近带边频率 ,且存在一个相干的强的低频场作用于原子时 ,不同跃迁之间的量子干涉效应和光子晶体的带边效应对原子自发辐射的影响 ,并且讨论了原子布居数随时间的演化。首先我们通过系统模型和理论推导 ,给出了t时刻系统的态矢的解 ;然后通过数值计算及理论分析讨论了原子?