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與二能級原子相互作用的相干態光場的壓縮性質
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能級原子……………………………………………………………………………………………2
1.3相干態的理論………………………………………………………………………………………2
1.3.1相干態的定義……………………………………………………………………………………3
1.3.2相干態的性質…………………………………………………………………………………4
1.4光場的壓縮理論……………………………………………………………………………………6
2 基本工作模型（J-C模型）……………………………………………………………………………7
3光場的壓縮性質研究……………………………………………………………………………………8
3.1 引言……………………………………………………………………………………………………8
3.2 J-C模型與光場壓縮………………………………………………………………………………9
3.3數值分析……………………………………………………………………………………………10
3.4小結…………………………………………………………………………………………………14
4 總結………………………………………………………………………………………15
參考文獻………………………………………………………………………………………………15
英文摘要……………………………………………………………………………………………………16
致謝……………………………………………………………………………………………16
附錄……………………………………………………………………………………………17
與2能級原子相互作用的相干態光場的
壓縮性質
摘要： 在量子光學領域中,光場的壓縮效應反映了光場的非經典特征,在低噪聲光通訊、弱信號探測、高精密測量等方面具有重要的應用前景,是近年來光學領域研究的熱點之1.光場和原子的相互作用是現代量子光學研究的中心內容,通過光場和原子的相互作用產生壓縮光1直是量子光學中10分活躍的研究課題。本文引入相干態光場，闡述了傳統光場的壓縮理論，利用Jaynes-Cummings(J-C)模型，從光場與原子相互作用的哈密頓量，推出了系統的1般時間演化算符和光場與原子的約化密度矩陣。研究了原子與光場相互作用的壓縮效應，討論了原子分布角、原子相位角、光場相對相位的初態和平均光子數對光場的壓縮效應的影響。得出了1系列有意義的結論。
關鍵詞： 相干態；壓縮效應；Jaynes-Cummings模型；平均光子數
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
光場的壓縮效應越來越引起了人們廣泛的注意和重視，壓縮光場在弱信號檢測以及光通訊方面具有重要的應用前景。由于壓縮光中某正交相位分量的噪音起伏低于激光場中相應正交相位分量的噪音起伏.用此分量傳遞信息,則可得到比激光場更高的信噪比這具有很大的應用價值。當今研究得最多的是壓縮真空態場與原子相互作用的非經典性質，以及原子激發態狀態下與相干態光場的量子漲落特性。本文主要研究單模相干態光場的壓縮性質，重點在于與原子相互作用的相干態光場的壓縮效應。結果說明光場的壓縮效應依賴于原子、光場的初態和平均光子數。選擇合適的參數，便可得到持續的壓縮光。
1 基本理論
１.１ 歷史回顧
在量子光學領域中，原子與光場的相互作用是近代量子光學中10分活躍的研究課題。壓縮光場在弱信號檢測以及光通訊方面具有重要的應用前景，自Yuen提出光場的壓縮概念以來，對于壓縮光場的產生1直是量子光學最活躍的課題之1。Stoler和Wodkiewicz[1]等人最先建立了光場與原子的壓縮概念。1981年，Walls[2]等將光場壓縮的概念推廣原子系統，在單光子共振熒光系統中分別討論了光場壓縮效應和原子偶極壓縮效應，指出了處于穩態偶極壓縮的2能級原子可輻射出穩態的壓縮光場。Knight[3]等在單光子J-C模型中證明了初始時處于偶極壓縮狀態的原子，在1定的時刻可能輻射出壓縮光場。各種光場-原子相互作用系統中光場和原子的壓縮特性被廣泛報道[4]。壓縮光所具有的純量子效應在高保真度的量子保密光通訊，超高靈敏度的光學無損檢測，光學精密計量，弱光及超弱光信號檢測，以及生命系統的超弱光子輻射探測等研究領域中有著10分廣闊的應用前景，并將在科技領域中獲得更為廣泛的應用，多模壓縮態光將在科學技術領域內具有較之單模壓縮態和雙模壓縮態光更為廣闊的應用前景和更為重大的應用價值。諸如，用于孤子產生、孤子壓縮、孤子控制以及孤子傳輸與孤子通訊同題,以及全光量子計算機的開發與研制問題等等。
相干態光場是非經典光場，具有純粹的量子行為，例如，正交相位壓縮，高階壓縮性[5]、亞泊松光子統計[6]，光子數振蕩[7]等，他在光通訊，精密測量等方面有著10分重要的應用前景。特別重要的是，相干態光場對研究光場的宏觀量子相干性有著非常高的學術價值。
通常研究光場壓縮，1般是從海森堡測不準關系出發，用均方根偏差量度光場的量子漲落，根據
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