一维耦合谐振器波导中三能级原子对单光子的散射

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光子是中性粒子，彼此之间没有直接的耦合。由于光子在空间和介质中可以长距离低损耗地传输，所以它们能可靠地实现量子信息处理。这些优势为通过光子控制光子的全光量子器件和量子网络的实现提供了潜在的解决办法。为了实现量子信息处理，就需要操控单个光子。目前，人们从理论上和实验上对一维系统中单光子的量子调控展开了研究，分析了一维耦合超导传输线谐振器、耦合微腔阵列和耦合共振器波导等一维系统对单光子操控的影响，发现了一些有意义的现象，为在量子网络中实现量子信息处理提供了依据。这些结果就促使人们对不同条件下一维系统中单光子的调控展开进一步的研究。
　　本论文中，我们首先介绍了在一维耦合谐振器波导(CRW)内嵌入L型三能级原子，入射的单光子被三能级原子散射的情况，分析了三能级原子对不同偏振的光子进行调节的作用。当原子数目从1个增加到 aN个后发现，随着原子数的增多，对于入射的H偏振的光子，在共振频率附近会出现一个频带，使得入射光子在这一频带内完全被反射回去。同时， H偏振的光子转化为V偏振光子的概率也随之上升。很有意思的是，透射及反射系数对耗散的影响不是十分敏感。通过保真度可以分析不同参数对单光子的不同偏振成分在透射及反射谱中的影响。如果向CRW中嵌入更多的原子，并尽量增加光场与原子之间相互作用，我们就可以将某一偏振的入射光子在透射谱中完全转化为另一种偏振的光子。
　　其次，我们分析了三能级原子同CRW的不同耦合方式对单光子散射的影响。我们将原子嵌入到一个纳米谐振腔中，然后使纳米谐振腔与CRW相耦合，分别讨论了局域耦合和非局域耦合两种情形下原子对光子散射的影响。在局域耦合的情况下，不同偏振光子的透射曲线和反射曲线关于失谐为0的点对称分布，偏振为H的入射单光子将以更大的概率透射出CRW，反射回去或转化为V偏振的光子的概率相对较小。在非局域耦合的情况下，非局域耦合作用破坏了不同偏振光子的透射曲线和反射曲线关于失谐为0的点的对称性。在失谐为0的点附近的两个峰和三个谷的位置都向失谐E w-增大的方向移动。考虑到耗散对光子散射的影响后可以看出，纳米腔场的衰减对光子的透射有着较强的影响，减小纳米腔的衰减对于减少光子的损耗也有着重要作用。这些结果对以后光学量子器件的设计会有一定的帮助。

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作者
张者勇;
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作者单位

苏州大学;

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授予单位苏州大学;
学科光学
授予学位硕士
导师姓名朱士群;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类量子光学;耦合、耦合电路;
关键词
一维耦合谐振器; 三能级原子; 单光子; 反射系数;

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