Точные решения обобщенных моделей Джейнса-Каммингса и динамика микромазера

• Автор: Синайский, Илья Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 128 с. : ил.

1 Глауберовские когерентные состояния, одноатомный мазер, модель Джейнса - Каммингса и ее обобщения
1.1 Мегод когерентных состояний в квантовой оптике
1.2 Модель Джейнса-Каммингса
1.3 Эксперименты с одноатомным мазером
1.4 Обобщения модели Джейнса-Каммингса
2 Релаксация фотонной моды в резонаторе и уравнение Фок-кера - Планка
2 1 Кинетическое уравнение для фотонов и уравнение Фоккера
- Планка
2 2 Пропагатор уравнения Фоккера-Планка
3 Обобщения модели Джейнса - Каммингса в резонаторе конечной добротности. Случай неподвижного атома
3.1 МДК с учетом релаксации фотонной моды
3.2 МДК с учетом многоквантовых переходов
3.3 МДК с учетом переходов с разными частотами
3.4 МДК с учетом ’’мазерного” приближения и произвольного начального состояния атома
3.5 МДК в случае нулевой температуры резонатора
3.6 Контур линии излучения
3.7 Чистота (purity) атомной подсистемы в системе ’’атом + поле”
4 Обобщенная МДК с учетом движения атома, релаксации фотонной моды и атомной подсистемы. Модель одноатомного мазера
4.1 МДК с учетом движения атома
4.2 Сравнение моделей движущегося и покоящегося атома. Эксперименты с одноатомным мазером
Заключение
Список использованных источников и литература

Актуальность проблемы
Простейшей и наиболее фундаментальной системой для изучения взаимодействия излучения с веществом является единичный двухуровневый атом, взаимодействующий с электромагнитным полем одной моды резонатора. В рамках этой модели, как оказалось, могут быть описаны практически все основные эффекты, возникающие при взаимодействии излучения с веществом. Введенная Эйнштейном (см., например, [1]), модель вновь вызвала интерес почти полвека спустя, когда Джейнсом и Каммингсом ([2]) было найдено точное решение для вероятности переходов между уровнями в так называемом приближении вращающейся волны, исключающем из рассмотрения антирезонансные слагаемые (модель Джейнса-Каммингса (МДК)). Однако лишь в последнее время интерес перестал быть чисто теоретическим, поскольку реализация одноатомного мазера и микролазе-ра ([3]-[5]) предоставила возможность непосредственного исследования таких систем и экспериментальной проверки основных положений квантовой электродинамики [6].
Актуальность создания новых методов расчета динамики взаимодействия двухуровневого атома с квантованным электромагнитным полем с учеюм диссипативного окружения, обусловлена тем, что разработанные к настоящему времени динамические теории одноатомного мазера имеют ограниченную область применимости. Они либо справедливы не при всех значениях параметров модели мазера ([7]-[11]), либо при получении "точных результатов"исключительно громоздки [12], что затрудняет их практическое использование.
Потребность в разработке точной и простой в применении теории одноатомного мазера связана также с возможными потенциальными применениями для так называемых (^компьютеров (квантовых компьютеров) ([13]-[16]) и применениями для кодирования и декодирования сигналов, передаваемых по квантовому каналу (квантовая криптография). Современ-

О 10 8і 20 ЗО
Рис 3 5' Динамика С)-фактора Фано-Манделя С}(і) для следующих параметров (п^)
0 15,= 0 001,5 = 0; графику (1) соответствует <3(1) для начального КС с |г|2 - 5,
1 рафику (2) —> (3(1) для начального теплового состояния с (и) = 5 и (3) —* <3(1) для
начального состояния с определенным числом фотонов с г