與二能級(jí)原子相互作用的相干態(tài)光場(chǎng)的壓縮性質(zhì)

目　　錄
中文摘要…………………………………………………………………………………………………1
前言…………………………………………………………………………………………………………1
1基本理論………………………………………………………………………………………………1
1.1歷史回顧………………………………………………………………………………………………1
1.22能級(jí)原子……………………………………………………………………………………………2
1.3相干態(tài)的理論………………………………………………………………………………………2
1.3.1相干態(tài)的定義……………………………………………………………………………………3
 1.3.2相干態(tài)的性質(zhì)…………………………………………………………………………………4
1.4光場(chǎng)的壓縮理論……………………………………………………………………………………6
2 基本工作模型（J-C模型）……………………………………………………………………………7
3光場(chǎng)的壓縮性質(zhì)研究……………………………………………………………………………………8
3.1 引言……………………………………………………………………………………………………8
3.2 J-C模型與光場(chǎng)壓縮………………………………………………………………………………9
3.3數(shù)值分析……………………………………………………………………………………………10
3.4小結(jié)…………………………………………………………………………………………………14
4 總結(jié)………………………………………………………………………………………15
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………………15
英文摘要……………………………………………………………………………………………………16
致謝……………………………………………………………………………………………16
附錄……………………………………………………………………………………………17

與2能級(jí)原子相互作用的相干態(tài)光場(chǎng)的
壓縮性質(zhì)
 

摘要： 在量子光學(xué)領(lǐng)域中,光場(chǎng)的壓縮效應(yīng)反映了光場(chǎng)的非經(jīng)典特征,在低噪聲光通訊、弱信號(hào)探測(cè)、高精密測(cè)量等方面具有重要的應(yīng)用前景,是近年來(lái)光學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之1.光場(chǎng)和原子的相互作用是現(xiàn)代量子光學(xué)研究的中心內(nèi)容,通過(guò)光場(chǎng)和原子的相互作用產(chǎn)生壓縮光1直是量子光學(xué)中10分活躍的研究課題。本文引入相干態(tài)光場(chǎng)，闡述了傳統(tǒng)光場(chǎng)的壓縮理論，利用Jaynes-Cummings(J-C)模型，從光場(chǎng)與原子相互作用的哈密頓量，推出了系統(tǒng)的1般時(shí)間演化算符和光場(chǎng)與原子的約化密度矩陣。研究了原子與光場(chǎng)相互作用的壓縮效應(yīng)，討論了原子分布角、原子相位角、光場(chǎng)相對(duì)相位的初態(tài)和平均光子數(shù)對(duì)光場(chǎng)的壓縮效應(yīng)的影響。得出了1系列有意義的結(jié)論。
關(guān)鍵詞： 相干態(tài)；壓縮效應(yīng)；Jaynes-Cummings模型；平均光子數(shù)
The Squeezing effect of the Coherent Field
with a Two-Level Atom

 

Abstract:  In the quantum optics domain, the light Squeezing effect had reflected the light field non- classical properties, in low chirp aspect and so on acousto-optic communication, weak signal survey, high precision measurement has the important application prospect, was 1.th recent years optics domain research hot spot.It is center of the most important contents for the quantum optics to study on the dynamics. The transmitted light field and the atomic mutual function produces the squeezing light always is in the quantum optics the extremely active research topic. This article introduces the Coherent States light field, elaborated the traditional squeezing theory of the field, uses Jaynes-Cummings (J-C) the model, With the Hamiltonian of the interaction between the field,the evolution operator and reduced density operators of the field and the atom are derived. The squeezing effect in a system of the atom interacting with field, specifically discussed atomic、atomic phase angle、light field relative phasedistribution angle, and the average light fraction to the light field squeezing effect influence. And obtained a series of significant results.
Key word:  Coherent States; The squeezing effect; Jaynes-Cummings model; light fraction

前言
光場(chǎng)的壓縮效應(yīng)越來(lái)越引起了人們廣泛的注意和重視，壓縮光場(chǎng)在弱信號(hào)檢測(cè)以及光通訊方面具有重要的應(yīng)用前景。由于壓縮光中某正交相位分量的噪音起伏低于激光場(chǎng)中相應(yīng)正交相位分量的噪音起伏.用此分量傳遞信息,則可得到比激光場(chǎng)更高的信噪比這具有很大的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)今研究得最多的是壓縮真空態(tài)場(chǎng)與原子相互作用的非經(jīng)典性質(zhì)，以及原子激發(fā)態(tài)狀態(tài)下與相干態(tài)光場(chǎng)的量子漲落特性。本文主要研究單模相干態(tài)光場(chǎng)的壓縮性質(zhì)，重點(diǎn)在于與原子相互作用的相干態(tài)光場(chǎng)的壓縮效應(yīng)。結(jié)果說(shuō)明光場(chǎng)的壓縮效應(yīng)依賴于原子、光場(chǎng)的初態(tài)和平均光子數(shù)。選擇合適的參數(shù)，便可得到持續(xù)的壓縮光。

1　基本理論
１.１　歷史回顧
在量子光學(xué)領(lǐng)域中，原子與光場(chǎng)的相互作用是近代量子光學(xué)中10分活躍的研究課題。壓縮光場(chǎng)在弱信號(hào)檢測(cè)以及光通訊方面具有重要的應(yīng)用前景，自Yuen提出光場(chǎng)的壓縮概念以來(lái)，對(duì)于壓縮光場(chǎng)的產(chǎn)生1直是量子光學(xué)最活躍的課題之1。Stoler和Wodkiewicz[1]等人最先建立了光場(chǎng)與原子的壓縮概念。1981年，Walls[2]等將光場(chǎng)壓縮的概念推廣原子系統(tǒng)，在單光子共振熒光系統(tǒng)中分別討論了光場(chǎng)壓縮效應(yīng)和原子偶極壓縮效應(yīng)，指出了處于穩(wěn)態(tài)偶極壓縮的2能級(jí)原子可輻射出穩(wěn)態(tài)的壓縮光場(chǎng)。Knight[3]等在單光子J-C模型中證明了初始時(shí)處于偶極壓縮狀態(tài)的原子，在1定的時(shí)刻可能輻射出壓縮光場(chǎng)。各種光場(chǎng)-原子相互作用系統(tǒng)中光場(chǎng)和原子的壓縮特性被廣泛報(bào)道[4]。壓縮光所具有的純量子效應(yīng)在高保真度的量子保密光通訊，超高靈敏度的光學(xué)無(wú)損檢測(cè)，光學(xué)精密計(jì)量，弱光及超弱光信號(hào)檢測(cè)，以及生命系統(tǒng)的超弱光子輻射探測(cè)等研究領(lǐng)域中有著10分廣闊的應(yīng)用前景，并將在科技領(lǐng)域中獲得更為廣泛的應(yīng)用，多模壓縮態(tài)光將在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有較之單模壓縮態(tài)和雙模壓縮態(tài)光更為廣闊的應(yīng)用前景和更為重大的應(yīng)用價(jià)值。諸如，用于孤子產(chǎn)生、孤子壓縮、孤子控制以及孤子傳輸與孤子通訊同題,以及全光量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)與研制問(wèn)題等等。
相干態(tài)光場(chǎng)是非經(jīng)典光場(chǎng)，具有純粹的量子行為，例如，正交相位壓縮，高階壓縮性[5]、亞泊松光子統(tǒng)計(jì)[6]，光子數(shù)振蕩[7]等，他在光通訊，精密測(cè)量等方面有著10分重要的應(yīng)用前景。特別重要的是，相干態(tài)光場(chǎng)對(duì)研究光場(chǎng)的宏觀量子相干性有著非常高的學(xué)術(shù)價(jià)值。
通常研究光場(chǎng)壓縮，1般是從海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系出發(fā)，用均方根偏差量度光場(chǎng)的量子漲落，根據(jù)

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