含里德堡-里德堡相互作用原子的腔量子电动力学系统中的光子反聚束效应

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光子反聚束效应是一种重要的光的量子力学现象,呈反聚束的光子倾向一个接一个,而不是一起被探测器所探测到。一般情况下,量子光学系统中光子反聚束效应的产生是由系统能级非线性导致的,称其为常规光子阻塞效应。近年来,另一种能使系统产生光子反聚束效应的机制,即由路径干涉导致的光子反聚束现象被发现,这被称为非常规光子阻塞效应。在过去的理论与实验研究中,一般利用以上两种产生光子反聚束效应的机制实现单光子辐射器。此外,在针对里德堡原子的相关研究中我们得知里德堡原子之间的里德堡阻塞效应会在里德堡系综中诱导出光学非线性,从而产生常规光子阻塞效应。因此,我们期望能结合干涉导致的非常规光子阻塞效应和里德堡系综产生的常规光子阻塞效应,从而得到一个较为完美的单光子辐射器模型。本文中,我们探讨里德堡原子–腔系统中的光子反聚束效应。其中,两个二能级里德堡原子被放置于腔内光晶格中。通过求解含时薛定谔方程,我们分别在驱动原子和驱动腔场的条件下得到系统参数达到光子反聚束所要满足的最优化条件。为了更全面的反映里德堡原子–腔系统中的光子特性,我们还通过求解主方程的方法做了数值模拟。结果表明,在驱动原子的情况下,里德堡原子–腔系统中不仅出现了由能级非线性导致的常规光子阻塞效应,由不同路径之间的量子干涉导致的非常规光子阻塞效应也在此系统中出现。对于驱动原子条件下的非常规光子阻塞效应,腔场–激光频率失谐越大,系统中的非常规光子阻塞效应就越强。在腔场–激光频率正失谐区间,光子反聚束效应随着里德堡耦合强度的增强而增强;相反地,我们在腔场–激光频率负失谐时看到光子反聚束效应随着里德堡耦合强度的增强而减弱。对于驱动原子条件下的常规光子阻塞效应,我们发现在腔场–激光频率正失谐区间,强里德堡耦合会使系统得到一个强烈的光子反聚束效应。最重要的是,当我们将常规光子阻塞效应和非常规光子阻塞效应叠加到一起时,我们将会在此系统中得到一个极强的光子反聚束效应,腔内平均光子数也将达到极大。在驱动腔场的情况下,我们发现,当原子间没有里德堡耦合时,系统会产生一个强烈的由干涉导致的光子反聚束效应。当里德堡耦合强度值逐渐增大时,非常规光子阻塞效应的强度会逐渐减弱。我们也发现只有在驱动腔场的强度较弱的情况下,系统才会产生较强的非常规光子阻塞效应。作为对比,我们还发现二能级原子之间以偶极–偶极相互作用耦合时,偶极–偶极相互作用对非常规光子阻塞效应的弱化程度显著强于里德堡–里德堡相互作用。这些结果将有助于指导单光子辐射器在里德堡原子–腔系统中的实现。
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