光力-二能级原子耦合系统下的光子阻塞效应

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在量子光学领域,对光子的控制一直是热门的话题,尤其在腔光力系统中实现对光子的控制已成为研究该领域对光子控制的一个重要入口。腔光力学实质上研究的是腔场与机械振动模式之间,由于光与物质相互作用而产生的量子效应,包括光子阻塞效应、声子边带效应、非线性光力诱导透明等有趣的非线性光学效应。而近来,对腔光力学的研究和拓展更引起了业内人士的密切关注,如利用腔光力系统与其他系统耦合形成新的混合系统,并在新的系统中探究更有价值的量子现象和光学效应,为量子光学的研究特别是腔光力学的非线性效应的研究,开拓了新方向打开了新视野。  本文研究了二能级原子系统与腔光力系统耦合构成的新混合系统模型的光子阻塞效应。该混合系统由二能级原子与光力系统耦合构成,其中光力系统由腔场通过辐射压与振动的端镜相耦合构成,端镜则可以被看成是机械振子。与此同时,混合系统中的腔场与二能级原子分别受到两束弱相干场的驱动。求解修饰态下混合系统的哈密顿量满足的薛定谔方程和系统主方程发现,可以通过调节驱动场的大小和相位以及二能级系统相关参数实现对系统光子阻塞等效应的控制,即:系统参数在满足一定最优化条件时,能使得双光子跃迁受到抑制,而只发生单光子激发。分析其原因发现,在原子.腔场的中等耦合强度区域内,混合系统中出现强光子阻塞效应是修饰态中不同跃迁通道之间的相消干涉所引起的。然后在满足最优化条件的前提下,数值求解系统主方程,最后通过对腔场、机械振子的二阶关联函数以及腔场-机械振子之间的交叉二阶关联函数的计算,具体讨论了二能级系统的驱动场、腔场耗散以及二能级系统与光力系统的耦合强度等参数对量子干涉下的光子阻塞效应等的影响,并且发现不同模式对应的统计分布均出现了较明显的亚泊松分布现象,显示出系统的非经典性质,验证了系统的量子干涉过程。
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