自发辐射相干增强光子阻塞研究

作     者：魏星圆 

作者单位：陕西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙辉

授予年度：2022年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：光子阻塞 自发辐射相干 克尔非线性 光子反聚束 

摘      要：稳定可控的高性能单光子源在量子信息、量子传输等领域中扮演着非常重要的角色,因此单光子源的制备与操控是尤为重要的环节。光子阻塞是实现高性能单光子源的有效途径,因此具有很高的研究价值,利用耦合光腔系统实现光子阻塞已经在理论和实验上有了长足的发展和进步。当原子能级满足某些特定条件时,不同自发辐射路径之间会发生量子相干,即自发辐射相干(Spontaneous Generated Coherence,简称SGC),可用于实现无反转激光、非线性增强等,因此引起人们极大地研究兴趣。本文分别在Λ型、X型以及V型三能级原子系综与光学腔的耦合系统中,对自发辐射相干效应增强光子阻塞效果进行研究。发现随着SGC效应的增强,系统二阶关联函数的值明显减小,光子阻塞效果明显得到增强。同时我们分析了其内在的原因,即两条自发辐射通道之间的量子干涉,导致了两个能级之间的额外相干,进而使得三阶克尔非线性大大增强,光子与光子之间的相互作用变强,最终导致光子阻塞效果的增强。其次,分析了腔-原子耦合强度与耦合原子数的平方根的乘积g N、原子自发辐射衰减等参数对光子阻塞的影响。研究发现在三个系统中,g N越大,二阶关联函数的值越小,光子阻塞效果越好。在Λ型原子系统中,随着原子自发辐射衰减速率g逐渐接近于g,系统的二阶关联函数也逐渐减小,光子阻塞效果逐渐增强。在V型原子系统中,随着自发辐射衰减速率g的减小,二阶关联函数的值也减小,光子阻塞的效果增强。通过合理选择这些系统参数,能够使得腔-原子系综耦合系统产生强光子反聚束现象,进而更好的实现光子阻塞效应,产生高纯度的单光子源。