自发辐射相干对原子体系中量子纠缠和吸收色散性质影响的研究

Spontaneously generated coherence (SGC), which gives rise to a variety of novel effects in the field of quantum optics, has been widely studied in recent years. SGC arises from quantum interference between different spontaneous emission channels in multilevel atomic systems, which is a powerful resource in quantum engineering because it can suppress the decoherence process and modify the optical properties of an atomic system. This project will focus on the effect of SGC on entanglement and properties of absorption and dispersion in an atomic system, including independent and collective atomic systems. Based on the existing theoretical and experimental research results, our research will be carried out in the following two problems. To be specific: (1) study the continuous-variable three-mode entanglement and atom-photon entanglement in a four-level atomic system coupled to applied coherent fields, analyze the influence of SGC on the generation and enhancement of entanglement, and reveal the process and mechanism responsible for entanglement; (2) study the properties of absorption and dispersion in a three-level collective atomic system under common influence of collective effect and SGC, explore the probe response in a four-level independent atomic system with multiple SGC effects, analyze how SGC affects the properties of absorption and dispersion, and propose schemes to enhance refractive index without absorption. Furthermore, these results may be applied to some potential applications, such as quantum network, quantum gates and high precision measurements.

近来，自发辐射相干(SGC)由于其在量子光学领域产生了许多新的影响和效应而得到广泛的研究。它源于多能级原子体系中不同自发辐射通道之间的量子干涉，可以抑制退相干过程和改变原子体系的光学性质，因而成为量子操纵中的一个重要资源。本申请项目以SGC对原子体系（独立原子和集合原子）中纠缠和吸收色散性质的影响为研究对象，结合当前此领域的理论和实验研究现状，拟从以下两个方面开展研究：（1）考察光腔中与相干外场作用的四能级原子体系的连续变量三模纠缠和“原子-光子”纠缠，分析SGC对纠缠的产生和增强的影响，揭示纠缠产生的过程和机制；（2）探讨三能级集合原子体系在原子集合效应和SGC共同影响下的吸收和色散性质，以及存在多重SGC的独立四能级原子体系的探测响应特性，分析SGC影响吸收和色散性质的原因，提出实现无吸收折射率增强的方案。并且进一步探讨这些结果在相关领域的可能应用，如量子网络、量子门和高精密测量等。

自发辐射相干(SGC)可以抑制退相干过程和改变原子体系的光学性质，因而成为量子操纵中的一个重要资源。本项目以SGC对原子体系（独立原子和集合原子）中纠缠和吸收色散性质的影响为主要研究对象，研究了光腔中与相干外场作用的四能级原子体系的连续变量三模纠缠，发现SGC的大小将影响纠缠的强弱，纠缠将随着SGC的增大而得到增强，分析了SGC如何影响纠缠的产生和增强，揭示了纠缠产生的物理机制。同时，研究了与相干外场作用的四能级Y型原子体系中原子与自发辐射场的纠缠演化规律，发现纠缠可以通过相对相位和拉比频率进行操控，在一定条件下，SGC的存在有利于增强纠缠强度。我们还探讨了三能级集合原子体系在原子集合效应和SGC共同影响下的吸收和色散性质，分析了SGC影响吸收和色散性质的原因，提出实现无吸收折射率增强的方案，并且进一步探讨这些结果在相关领域的可能应用，如量子网络、量子门和高精密测量等。此外，还研究了利用激光作用于真空腔内的高纯固体钼靶产生等离子体，测量了不同脉冲激光功率密度下Mo等离子体在2~9nm范围内的时间积分光谱，获得水窗辐射波段Mo离子的高丰度布居，有望将激光Mo等离子体用于单脉冲活体细胞显微成像水窗光源。