暗共振原子系综的耗散诱导自旋压缩研究

作     者：冯安莹 

作者单位：华中师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡响明

授予年度：2023年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：暗共振 自旋压缩 缀饰态 双Λ型四能级原子系综 

摘      要：自旋压缩是量子光场与原子系综相互作用过程中产生的非经典效应之一,是近年来量子光学领域研究的一个热点。自旋压缩通过光场与原子的相互作用过程,减小了原子自旋分量的不确定度,使基于压缩的量子精密测量灵敏度能够突破标准量子极限,在量子计算、量子信息处理以及高精度测量等方面有着重要的应用。近年来,人们发现稳态时的自旋压缩是由耗散机制造成的,这种机制必须要求大失谐条件。通常,如果系统接近共振或完全共振,由于自发辐射的影响,可能存在的原子自旋压缩被破坏。从目前的研究状况看,似乎共振作用与自旋压缩是不相容的。我们的工作表明,暗共振与自旋压缩可以相容。研究证明,当系统发生暗共振时,原子不受激发,没有吸收,没有自发辐射,基态之间具有大相干。本文工作的宗旨是在暗共振机制植入玻戈留波夫模式的耗散机制,进而产生自旋压缩。我们考虑一个四能级原子系综,原子的跃迁为双Λ型,其中一个Λ子系统由经典场耦合构成暗共振,另一个Λ子系统由经典场和真空腔场构成双通道拉曼跃迁(每个基态各耦合一个经典场和一个腔场)。物理机制是:暗共振使原子囚禁在基态的相干叠加态,拉曼跃迁建立基态自旋的玻戈留波夫模式耗散。具体的自旋模式是亮态与暗态构成的玻色模式,耗散模是两个真空场结合的相对模式。这样的相互作用模式不涉及原子激发态,避免了自发辐射引起的噪声。研究的方法是:将暗共振原子处理为缀饰原子,原子的每一个能级分裂为三个缀饰态,其中一个正是暗态,与另两个非暗态构成双模自旋。双模自旋与腔场的耦合可以分离为两个部分,其中一部分只涉及基态而不涉及激发态,另一部分则涉及激发态。这两部分因原子囚禁于暗态而相互独立,从而基态自旋玻戈留波夫模式的耗散不与激发态发生耦合。结果表明,含共振作用的原子系综可以获得几乎理想的自旋压缩,同时避免激发态的自发辐射噪声。这项工作为自旋压缩制备提供了一种新的选择。