四波混频产生明亮纠缠光和腔与原子强相互作用的相关研究

【摘要】：本文介绍我在攻读博士期间的相关研究工作,主要包括四部分：a.利用四波混频产生明亮纠缠光场方面的研究；b.内腔四波混频过程；c.超强耦合条件下,三能级EIT介质与腔的耦合系统的多正交模劈裂；d.在MIT联合培养期间,学习和参与的部分工作。具体如下： a.光场压缩态和光场纠缠态是量子信息过程的重要资源。自第一个压缩态光场在四波混频过程中实现以来,四波混频过程一直受到人们的关注,特别是最近在原子气室内利用非简并四波混频过程产生强关联的明亮孪生光束的实验,使其成为量子光学研究领域的热点。在本文中第一章将介绍我们利用铷原子蒸气中的非简并四波混频研究量子强关联光场方面的工作,主要包括两部分：一、利用两套自零拍探测系统测量强度差压缩,该探测系统可以非常方便的同时测量到散粒噪声基准、强度差压缩和反压缩噪声谱,克服了以往实验中的困难；二、研究了额外噪声对四波混频产生压缩光的影响,通过理论分析找到了消除额外噪声和最大化压缩的方法,并通过实验进行了证明。 b.对于热原子或泵浦光远失谐时,四波混频过程一般需要泵浦光功率较高。而在弱光条件下,可以利用相干增强提高四波混频转化效率,另一个办法是通过谐振腔增强提高转化效率。在第二章中介绍我们利用腔增强作用,并借助于双光子跃迁产生的大的色散,实现腔内多共振的相关理论和实验。OPO效率为20%,阈值为35mW。 c.强耦合是实现基于腔的量子非破坏性测量、单原子激光、光子数态滤波器等的重要条件,是腔量子电动力学关心的重要问题。第三章中我们将讨论利用大粒子数密度达到超强耦合时,三能级EIT介质与腔系统的透射谱。理论分析发现在超强耦合条件下,不仅共振腔模会发生多正交模劈裂,形成多峰结构,而且临近腔模也会发生多正交模劈裂形成多峰结构,并且分析了位于EIT窗口内的透射峰线宽变窄的机制。 d.在第四章中,主要介绍我在MIT超冷原子中心Vladan小组学习和参与的部分工作,主要包括基于腔的单原子和多个原子的测量的相关理论和实验研究。Vladan小组实验中用到的是一个精细度为6×104长为13.7mm的腔,由于实验装置的独特设计,捕获原子的MOT可以直接重合到腔内,自由空间捕获原子的技术和基于腔捕获、装载原子的技术都可以直接应用到该实验中,给实验带来了很多方便,同时也使该系统具有更大的应用前景。在单原子探测实验中,选择直接利用非常弱的泵浦光激发腔内装载的原子产生单个或几个待测的原子,通过优化方案,将背景原子移出腔外,减小背景原子与待测原子间的碰撞及其他方面所带来的不良影响,到目前为止,已经能在实验中成功的分辨出腔内的两个原子。