基于腔电磁诱导透明系统光谱特性的量子调控

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电磁诱导透明和腔量子电动力学(Cavity-QED)技术作为两种独特的量子调控手段,在操纵和控制光与物质相互作用方面具有各自独特的优势。电磁诱导透明主要表现为在外加控制场作用下,可以使介质对探测场的吸收减弱,甚至完全透明,同时还伴有明显的色散增大现象。腔QED主要用来研究在特定受限空间中光场与原子的量子行为,可以用来作为量子放大器和操纵单光子的有效平台。将电磁诱导透明和腔QED技术结合,会产生许多新奇的光学现象。  本论文在基于电磁诱导透明和腔QED技术基础之上,讨论了原子腔系统中的光子计数、暗态腔模、光学腔线宽等方面的量子相干调控,取得的主要创新成果如下:  1.提出了基于光存储技术的非破坏性测量(QND)少光子计数方案。该方案主要分为两步,第一步是利用电磁诱导透明技术将光子储存在事先囚禁在光学腔的原子系综上;第二步通过探测原子腔系统的透射谱实现光子计数。因为在整个探测过程中,系统的集体极化子模是保持不变的,光子仍可以从极化子模中还原得到。另外,我们还提出了利用非破坏性测量产生少光子的Fock态。  2.探讨了自发辐射对腔内暗态腔模的放大作用。对于四能级双人-型原子系统,在没有四波混频过程时,通过自发辐射,同样可以实现暗态腔模的放大,并且在暗态腔模的放大过程中,透射谱的三个透射峰形状保持不变。当把四能级双人-型的87 Rb原子囚禁在光学腔中时,我们课题组实验上观测到了光学腔内暗态腔模的放大现象,实验结果与理论分析基本吻合。  3.提出了五能级M-型原子系统的腔内线宽压窄方案。在三能级的基础之上,通过增加两个控制场,可以在三能级基础上实现约两个量级的腔内线宽压窄。理论计算发现,介质色散变陡峭是导致线宽压窄的主要因素。另外实验上,我们课题组采用五能级双人-型的87 Rb原子腔系统,观测到了明显的线宽压窄现象,与理论计算基本吻合。
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