双原子-双腔耦合系统的量子特性及光谱结构

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本文结合全量子理论的背景,提出了由两个等同的二能级原子分别与处于单模状态的腔场彼此耦合的相互作用系统模型,即双原子----双腔耦合系统模型。当两原子均处于激发态时,利用量子光学中所特有的量子动力学主方程以及计算机模拟仿真计算等方法,研究了在旋波近似下该体系的量子动力学特征。主要研究了在非稳态下,该耦合系统模型中腔场的平均光子数、Mandel’s Q因子以及二阶量子相关函数随演化时间的变化规律,通过分析,得出光场与物质相互作用过程中所表现出的量子特性。此外,为了更加深入地理解耦合原子与单模腔场相互作用的量子本质,加深对体系量子效应的理解,本文在单光子近似下,利用Wiener-Khintchine定理推导得出系统辐射光谱的表达式,然后仿真模拟画出激射光谱曲线,并对体系中原子及腔场中光谱结构进行了分析,着重研究了腔场跃迁频率及原子-腔场耦合系数对系统辐射光谱的影响。研究表明:⑴该理论模型能够呈现出较好的量子特性,如真空Rabi分裂,亚泊松分布及反聚束效应,体系平均光子数以振荡形式逐渐减弱;⑵通过适当减小腔场耗散系数,增大腔场-腔场耦合系数,体系量子特性愈加明显;⑶随着两个原子之间的耦合强度的增大,体系的量子噪音会逐渐增强;⑷该体系光谱呈现Mollow三峰结构,且原子辐射谱强度远大于腔场辐射谱强度;⑸当原子跃迁频率与腔场跃迁频率为近共振时,Mollow峰值为三峰中最大值;⑹原子辐射光谱的中峰强度随着原子与腔场间耦合系数的增大而增大,而腔场辐射光谱的中峰强度随原子与腔场间耦合系数的增大而减小。
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