利用冷原子系综制备光子纠缠态的理论研究

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制备非经典光已成为量子光学的基础研究工具和潜在应用中的基本问题.在非线性晶体中利用非线性光学过程制备非经典光已经成为传统意义上的标准技术,然而本文将论述一种近年来新兴的制备方案,即在冷原子系综中产生非经典光,与传统的制备方案相比,这种纠缠光子具有窄带宽的重要性质,以及具有较长的相干长度,高亮度等优势.描述这一物理过程可以用海森堡-郎之万方程方法以及微扰论方法,本文将选择后者对在多能级冷原子系综中利用四波混频过程制各光子纠缠态的方案进行相关的理论研究,  在第一章中,我们将介绍本文的研究背景,以及国内外课题组在制备窄线宽光子纠缠态这一领域所取得的重大成果,  在第二章中,我们介绍经典电磁场与原子系综相互作用的相关理论.分别在二能级原子,Λ型三能级原子与双-Λ型四能级原子系综中利用诱导极化密度方法分析经典光与原子相互作用的线性及非线性光学响应,并以Λ型三能级原子为例介绍电磁诱导透明和慢光现象的基本理论,  在第三章中,我们介绍电磁场的量子理论,并利用一阶微扰论分别诠释自发参量下转换过程及冷原子内四波混频过程制备的双光子纠缠态.对于后者产生的斯托克斯和反斯托克斯光子对,分别在阻尼拉比振荡情况和群延迟情况下进行光子符合计数分析,分析表明该纠缠光子对具有较长的相干时间以及光子反群聚的非经典效应,  在第四章中,从理论上提出了一种制备窄线宽三光子频率纠缠态的实验方案,该三光子纠缠态利用在两个冷原子系综中的四波混频和电磁诱导透明来产生,利用二阶微扰理论完成相关计算,并通过分析光子符合计数,研究该三光子纠缠态的特性,证明其具有类似于离散变量三粒子W态的基本性质并具有光子反群聚效应.  在第五章中,将对本论文中的在冷原子系综中利用电磁诱导透明及四波混频过程制各窄线宽纠缠光子的方法进行总结与展望.
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