Исследование поляризационных свойств систем квантовой оптики при вырождении энергетических уровней

• Автор: Попов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Теория эволюции двухуровневой системы

1.1. Эволюция вырожденной двухуровневой системы во внешнем лазерном поле

1.2. Релаксация атомной системы в отсутствие лазерного поля

2. Чистые Фоковские состояния в полости резонатора одноатомного мазера

2.1. Обобщённая модель Джейнса-Каммингса

2.2. Управляющее уравнение одноатомного мазера в случае точного резонанса

2.3. решение управляющего уравнения для случая частичной населённости нижнего резонансного уровня атомов, влетающих в полость резонатора

3. Фотонное эхо в спектроскопии и квантовой памяти

3.1. Столкновительное фотонное эхо в парах иттербия на переходе между уровнями с изменением углового момента
3.2. Столкновительное фотонное эхо в магнитном поле
3.3. Столкновительное стимулированное фотонное эхо
3.4. Долгоживущего фотонное эхо как метод записи поляризационного кубита
4. Рамановское рассеяние на единичном атоме и запись однофотонного импульса
4.1. Динамика трёхуровневой системы в поле двух импульсов
4.2. Базис собственных состояний оператора взаимодействия
4.3. Одноатомная квантовая память

Заключение ЮЗ
Список литературы
Список рисунков

Введение
В диссертационной работе рассматривается несколько физических явлении, которые возникают при взаимодействии излучения с веществом. Во многих задачах, которые рассматривались ранее, атомы представляли собой систему, состоящую из двух одиночных уровней. В действительности, уровни атомов вырождены по полному угловому моменту. Таким образом, атомная система содержит много переходов, которые обладают разными дипольными моментами. Теоретический анализ показывает, что атом с вырожденными уровнями будет по-разному взаимодействовать с электромагнитным полем в зависимости от его поляризации. Таким образом, среди множества переходов можно выделить некоторые из них, которые не связаны с полем, поляризованным вдоль одного из ортов. С учётом того, что поляризация влияет на динамику населённостей подуровней, можно предложить решение некоторых теоретических и прикладных задач, основанных на этом эффекте.
Процесс взаимодействия одиночного атома с определённой модой электромагнитного поля представляет большой интерес для исследователей. Математический аппарат, в котором не нужно учитывать влияние среды на характер взаимодействия, значительно упрощается. Таким образом, построенные математические модели могут с большой точностью описать происходящие процессы. Долгое время не представлялось возможным экспериментально проверить многие эффекты, предсказанные благодаря теоретическому изучению взаимодействия двухуровневой системы с одиночной модой поля. Для создания необходимых условий в 1985 году был построен одноатомный мазер [1,2]. Его главным достоинством является возможность уменьшить время эволюции атомной матрицы плотности, пока атом пролетает через резонатор, по сравнению с характерными временем жизни атома в возбуждённом состоянии. Основные преимущества одноатомного мазера:

где в - приведённый угол Раби.
ка = соэ Сіа + г
а — а,Ь

Полученные выражения оператора эволюции могут быть использованы в прикладных задачах, где встречается взаимодействие одиночного атома с одиночной модой квантованного электромагнитного поля.
2.2. Управляющее уравнение одноатомного мазера в
Взаимодействие атомов с квантованной модой поля в резонаторе опирается на математический аппарат, описанный в предыдущем разделе. Необходимо отметить, что квантованная мода поля резонатора имеет линейную поляризацию. Только в этом случае выражение (55) справедливо. Аналитический вид оператора эволюции І) можно упростить, если считать систему настроенной таким образом, что переход между уровнями для всех атомов, влетающих в резонатор, находится в резонансе с квантованной модой поля д = 0. Вид оператора эволюции при условии точного резонанса:
Для того, чтобы поддерживать внутри резонатора стационарное состояние поля, необходимо большое число атомов. Обозначим их поток буквой N. Для
случае точного резонанса