基于一维微腔阵列的腔电动力学的理论研究

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腔电动力学是当前探索光和原子相互作用的前沿研究领域之一。我们重点研究微腔阵列和二能级原子耦合体系。微腔阵列模型最初被引入来模拟光子在波导中对二能级原子的散射,随后散射问题一直是该领域的热点。在实际实验中腔是多模的,我们研究的切入点是在腔阵列的基础上构造多模腔结构。通过在阵列两个选定位置将相邻腔之间的耦合调得很弱,让中间一段腔阵列近似独立出来形成多模腔(超腔),其本征能量和模式都能简单求解。超腔是我们后面一系列研究的基础。  有了超腔模型,我们便可以研究多模效应对散射的影响。在超腔和单个二能级原子耦合的体系中,单光子透射谱在共振能量附近表现出明显的干涉效应。这源于共振能量附近,体系存在两个相干透射通道,一个为原有的共振模式而另一个由波节原子和非共振模式耦合而产生。从单原子到双原子的推广,则很大程度上受到前人对多模光腔和双层原子核耦合体系光子散射研究的启发。我们利用超腔和二能级原子来模拟该研究,但未能定性的重复出原子排列不同对光子反射率在本征能量附近有本征影响这一现象。利用定态散射理论分析表明,体系的散射取决于原子和光子耦合产生的能移和原子之间的有效耦合。为了更贴近实际,在模型中引入了自发辐射。我们定性地重复出原有研究所得到的现象。理论分析表明原子的两种排列决定了体系在共振能量附近存在两种局域方式不同的局域本征态。当耗散引入后,其中一种局域态会为光子打开进入原子热库的通道而另一种不能,这导致了两种不同排列下体系的反射率有了本征的不同。  超腔本质上是一段有限长的腔阵列,包含有限个本征模式。这启发我们将有限长的腔阵列看作有限环境,在其中放入原子就可以研究有限环境对量子系统演化的影响。结果表明原子的演化表现出一种分段的行为,这源于环境关联函数的周期性回复。在演化的初始阶段,体系遵循熟知的e指数衰减,随后发生偏离。我们提出一个方程来描述偏离以后体系的演化。  随着实验技术和理论研究的发展,腔与原子处于强耦合区间的问题日益受到广大研究者的关注。我们利用腔阵列和原子构造了一种T模型,以便用定态散射理论研究体系在强耦合区间的光子散射。结果表明在强耦合区间,体系存在非弹性散射行为。
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