高Q值多微腔耦合系统的类EIT效应及其量子纠缠特性研究

Induced by laser coherent superposition of quantum states of atoms and molecules caused by atomic coherence and the quantum interference effect is an important research subject in the field of quantum optics. I n this project, we study multiple micro-cavity coupling systems, it is ‘an artificial three level or the four-level atomic system’, given properties of three level or four-level atomic in advance, and various parameters are adjustable. We adopt direct coupling and oblate ellipsoid con-focal mode (or concentric cavity mode). The con-focal cavity mode is completely different from the traditional ring mode, the former result from the transmission input excited by Gaussian - hermit standing wave, the latter result from the total internal reflection excited by spherical ring standing wave. Transmission spectrum of con-focal cavity mode has higher Q value and more narrow line-width, and lower loss. Exploring the physical mechanism of electromagnetic induction transparency-like in the multiple micro-cavity coupled system. These conclusions can optimization of experiment controllable parameters and provide a theoretical basis for the design ofoptical storage, biomedical sensor, optical switch device. Based on the nonlinear process, quantum entangled state and system structure parameter, we make an exhaustive study of quantum characteristics of multi-particle continuous variable entanglement. Our project has important scientific significance for understanding and using interaction principle between optical micro-cavity and light field, for preparing of quantum entanglement and applying in the field of quantum information.

由激光诱导的原子和分子的量子态的相干叠加导致的原子相干和量子干涉效应是量子光学领域的重要研究课题。本项目研究多微腔耦合系统，它是‘一个人造的三能级或四能级原子系统’，具有预先给定的三能级或四能级原子的属性，且各个参数均可调。我们采用由直接耦合产生的共焦腔（或共心腔）模式。共焦腔内的Gaussian-hermit驻波是靠腔外光纤输出直接注入的，其走向与传统的环形腔模式沿着圆周走完全不同。透射谱具有更高的Q值、更窄的线宽和更低的损耗。探索类电磁感应透明形成的物理机制。获得实验上最优化的可控参数。为设计光存储、生物医学传感器、光开关等器件提供理论依据。根据多微腔耦合系统中非线性过程及其产生的量子态和系统的结构参数，研究多粒子连续变量纠缠态的量子特性。该研究结果对认识和利用光学微腔与光场的相互作用原理，对制备量子纠缠态及应用于量子信息领域也具有重要的科学意义。

本项目研究多微腔耦合系统，它是‘一个人造的三能级或四能级原子系统’，具有预先给定的三能级或四能级原子的属性，且各个参数均可调。我们采用由直接耦合产生的共焦腔模式。共焦腔内的Gaussian-hermit驻波是靠腔外光纤输出直接注入的，其走向与传统的环形腔模式沿着圆周走是完全不同的。其透射谱具有更高的Q值、更窄的线宽和更低的损耗。考虑到传统微环模式共振的局限性，微球共焦腔是低损耗和可控线宽的最佳选择。基于变换矩阵方法，我们研究了耦合到微球回音壁模式(WGM)系统的波导。我们发现：共焦腔模式与传统的环腔模式完全不同。在非对称双微球系统中激发的共焦腔模式，不对称双微球系统的光谱出现类电磁感应透明(EIT)型。而对称双微球系统的光谱出现洛伦兹型。传统的环腔模式在对称的单微球体系中激发。我们提出了一种基于微环反馈弯曲的耦合谐振系统，并模拟FDTD以产生类EIT的传输和模式分布。波导的横截面之间的耦合产生类似EIT的光谱。在P表象中，给出了泵浦波和参量波的哈密顿量。分别讨论相位匹配和相位失谐两种情况。数值模拟了相对损耗参数和相位失谐因子对纠缠谱的影响。采用较大的相对损耗参数和较小的相位失谐因子可以获得较好的纠缠。从阈值以下到阈值以上，曲线刚开始在1处重叠，后来越来越分开，最小均方差单调下降。最低点向右平移。研究发现:我们不需要计算Fokker-Planck方程的虚部。虚部相对于实部而言，只是改变了一个方向，根据实部我们可以获得包括正负值在内的解析解。由于对角元素为4k，非对角元素改变一个符号并不影响对角过程。在阈值以下，含时NOPA系统的压缩谱线与相位失谐因子相关。随着失谐的增加，压缩减小。在阈值处，随着失谐的增加，纠缠曲线的最低点逐渐向左平移。频率失谐影响越来越明显。该结论适合相位匹配和相位失谐两种情况。我们获得谱线只适用于线性系统。基于推广的V1判据，非简并特征值的数值模拟影响最小均方差的性能。随着损耗的增加，我们发现大泵浦参数带来了长时间的纠缠。在高于阈值的情况下，不同的非对角矩阵元素严重影响了纠缠的比重。获得实验上最优化的可控参数。为设计生物医学传感器、光开关、光存储等器件提供理论依据。该研究结果对认识和利用光学微腔与光场的相互作用原理，对制备量子纠缠态及应用于量子信息领域具有重要的科学意义。