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《中国科学技术大学》 2010年
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原子系统中的绝热布居传输

何军  
【摘要】: 在对微观体系的研究中,比如和原子、分子相关的研究领域,包括量子光学、量子通信和量子计算、原子物理、原子光学、分子物理、凝聚态物理、高能物理、材料科学等诸多领域,量子相干叠加态是最基本的物理资源,是微观体系各种奇怪现象区别于经典宏观世界现象的最本质因素。而把微观体系制备在我们需要的特定的量子相干叠加态中,无论对我们研究相干叠加态的各种性质还是把它的某些性质转化成可以应用的技术,比如电磁感应透明(EIT),无反转激光,反射系数增强,绝热布居传输技术,激光冷却技术,原子干涉仪,受激拉曼绝热通道技术(STIRAP),部分受激拉曼绝热通道技术(Fractional STIRAP)等,都具有十分重要的意义。 微观体系中的相干叠加态描述的是微观系统可以同时以一定概率地处于几个状态,表现为在不同的能级结构上都同时存在小于1的布居数。制备不同的相干叠加态实际上就是利用外部驱动力量改变微观体系不同能级的布居数,也就是布居传输过程。经过几十年的发展,布居传输方法已经从最开始的利用非相干光源发展到上世纪60年代以后的利用相干光源-激光,从开始的非绝热的量子态制备方法发展到后来的效率几乎100%的绝热制备方法。微观体系也越来越容易地被外部驱动场精确调控到特定的相干叠加状态。我们知道原子具有一个个分裂的能级,如果一束激光的频率与原子某两个分裂能级的跃迁频率共振的时候,原子就会吸收激光发生跃迁。但是如果原子处于某种特定的相干叠加态,在某些特殊情况下,即使满足共振跃迁条件,原子却不会发生跃迁,对入射光完全没有响应,那么这时候原子就处于某个暗态。 第一章将会系统地介绍布居传输方法的发展历程,从一开始非相干的光学泵浦过程,直到目前广为运用的利用系统暗态的受激拉曼绝热通道技术,布居传输的效率越来越高,可以调控的程度越来越高。不同的研究领域有很多不同的布居传输方法,我们这里只介绍一些很常用的原子、分子领域的方法。 第二章介绍一种新的暗态-谐振暗态。在一个典型的三能级原子系统中,运用一定的外部激光场,迫使原子向这个稳定的周期性的相干叠加状态演化。在满足绝热演化条件之后,无论系统开始处于什么状态,最后总能被外部激光场强行演化到谐振暗态之中。利用谐振暗态可以进行变相的受激拉曼绝热通道布居传输,同样因为没有高能级的布居而不会出现自发辐射所带来的损失。 第三章介绍了利用一种扩展的受激拉曼绝热通道技术用于制备N分量的量子相干叠加态。在绝热近似条件满足后,系统的明态和暗态之间退耦合。如果开始系统处于某一个暗态,那么只需考虑由暗态作为基矢展开的暗态子空间中不同暗态之间的非绝热耦合即可。不同于以往任何制备相干叠加态方法,我们采用逆向思维把需要制备的相干叠加态作为系统演化的起点,逐步运用激光场把这个叠加态不断演化到系统的某一个单态。这个演化过程是时间上可逆的,完全相反的激光场序列下出现完全相反的布居传输过程。所以在实际实验中,完全相反的激光场序列将会把系统从这个单态逆向逐步演化到需要制备的相干叠加状态。原则上,利用这种布居传输方法可以制备N任意大的相干叠加态。同样因为没有高能级激发态的布居出现,整个传输过程不会有自发辐射损失。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O431.2

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【参考文献】
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【共引文献】
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