在理论和实验上研究了完全偏振光的不同偏振态和光的偏振度对Hanbury Brown-Twiss实验二阶关联函数g(2)的影响。实验中用线偏振光通过1/4波片获得椭圆偏振光,并通过旋转波片实现对完全偏振光偏振态的改变;用两束振动方向相互垂直,传播方向相同且相位差随机的线偏振光合成部分偏振光,并通过调节一束光的光强实现对合成光偏振度的改变。结果表明:对于完全偏振光,其偏振态的改变对g(2)没有影响;对于不同偏振度P的光源,g(2)为P的二次函数。特殊地,自然光情况下P=0,g(2)的理论最大值为1.5;完全偏振光情况下P=1,g(2)的理论最大值为2。理论与实验符合得较好。

本文在实验上测量了运转于阈值以上的双共振光学参量振荡器所产生的孪生光束在时域内的关联特性。在分析腔带宽对孪生光束强度量子关联影响的基础上,通过时域内的数据采集,运用改变孪生光束其中一臂的时间延时的方法来考察时域内孪生光束关联度的变化。在实验上给出了孪生光束关联度大小随时间变化的结果。

该文在λ型三能级原子系统中分别讨论了耦合场和探针场线宽对电磁诱导透明(EIT)的影响,通过实验观测探针光和耦合光线宽变化时EIT的透明窗口的变化,得出耦合光对EIT的影响大于探针光线宽的影响,这一结果将为原子存储时间的提高具有一定意义。

利用Pegg-Barnett相位理论,研究了耗散腔中两个Λ型原子与相干态光场在Raman相互作用下光场的相位特性,并讨论了光场平均光子数和腔场耗散系数对光场相位特性的影响。结果表明:当腔不存在损耗时,光场相位分布概率以π/λ作周期性振荡;且在t=nπ/λ时刻,光场和原子是退纠缠的,相位分布概率曲线在极坐标图中呈单叶型结构;但在演化周期内,由于光场与原子的相互作用相位分布概率曲线会劈裂为多叶型结构。当腔场存在损耗时,相位分布概率的叶型结构会向中心扩散最终变为一个圆,即表明在考虑腔场耗散时光场的相位最终会变为随机分布;而且腔的耗散系数越大,光场相位越快趋于随机分布。另外,随光场的平均光子数增大,光场相位分布趋于集中。光场相位涨落受到腔场耗散的影响呈现出衰减周期振荡最终达到稳定值,而且达稳定值所需时间随耗散系数的增大而缩短。

我们提出利用离子阱技术来实现1→2和1→3的最优非对称经济型相位协变克隆的实验可行性方案。在这两个方案中集体振动模开始处于真空态。在第一个方案中,我们先用激光驱动第一个离子,然后把振动模的态映射到第二个离子上。在第二个方案中,先用两束不同的激光驱动两个离子,然后把振动模的态映射到第三个离子上。这两个方案都是以共振边带激发为基础的,因此用现在的离子阱技术是可以实现的。

在量子通讯的实验中,由于外界环境的影响,我们很难得到最大的纠缠纯态。量子信道可能以混合纠缠态的形式出现。而固体材料中的热平衡态就是一种重要的混合纠缠态。本文利用了两个独立的外加不均匀磁场的一维海森堡链的热纠缠态作为量子信道,实现了两粒子纠缠态的远程传送,分析了外界温度和磁场对纠缠和传输保真度的影响。为了突出传输效果,我们对平均保真度做了研究,结果发现当温度很低,外加反方向的磁场B1和B2时,平均保真度大于经典通道的传输极限值2/3。

提出一个受控的量子确定性安全通信方案,在通信过程中,纠缠GHZ态用作量子信道,秘密信息的编码和破解是通过受控的量子纠缠交换和局域酉变换实现的。此方案是安全的。关于此方案安全性的证明和两步方案[Phys.Rev.A 68 042317]的安全性是一样的。此方案也可以推广到有多方控制者参与的情形。

Grover提出了容量为N的数据库量子搜索法。只需进行O(N)次迭代就能以几乎为1的概率实现对目标的搜索。本文将文献[1]的Grover搜索法推广到混合态情形,给出了一个基于混合态的Grover搜索法,并分析了该搜索法成功的概率上界。进一步发现搜索法成功的概率完全依赖于所使用的初态(混合态)。该结论为了解量子噪声对Grover搜索法的影响提供一定的理论依据。最后通过例子说明了如何实施基于混合态的Grover搜索法。

对三体纯态,V.Coffman等提出了分布纠缠的概念及纠缠的度量“ tangle”。本文由变换算符出发,以三粒子作为量子通道对一个任意的粒子态实现控制隐形传送为例,给出纠缠度与量子控制隐形传态之间满足的关系。

两个偶极耦合的二能级原子置于热辐射场中,原子用泡利算符描述,环境用无穷的谐振子热库描述,运用密度矩阵方法,得到两能级原子密度矩阵元演化规律。针对三种不同的初始状态,利用共生纠缠度分析置于热辐射场中原子量子态的纠缠。结果表明:当两个原子初始处于不同量子叠加态时,原子的纠缠呈现出明显的差异。

原子与激光场相互作用产生的自发辐射可以用经典电偶极辐射理论很好的描述。通过改变与Sr原子束相互作用激光的偏振方向,分析探测Sr原子束荧光强度的变化,测定了在远场区的电偶极辐射特性。Sr原子电偶极子在远场区辐射能量的空间方向分布满足sin2θ关系,利用这一规律可以有效地探测到最强的荧光光谱。

本文从一维强非局域非线性模型出发,推导出非相干光满足的非线性薛定谔方程。按照相干密度描述方法,写出非相干光的描述方式,求出了非相干光孤子的形成条件和孤子形式,还得到了相干光和非相干光在强非局域非线性介质中形成孤子的临界功率,结果说明非相干光形成孤子时,需要更高的能量。当非相干光孤子的条件不满足时,非相干光束以呈现振荡行为。空间振荡周期仅与介质、入射的非相干光的光功率有关,而与光源的非相干角功率谱宽度及具体组分无关。同时,我们还数值模拟了这种非相干光束的振荡行为和单一组分、一对组分的非相干强度演化过程。

选择MgF2和ZnSe两种材料设计制作了一维缺陷光子晶体,从理论和实验上对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了研究。在实验中,一般用光谱仪来测量通过光子晶体的透射光谱,由于光谱仪价格较贵,这种方法不利于制作实用的光子晶体传感器。我们用CCD和光栅代替光谱仪,利用白光光源代替激光器,建立自动测量实验系统进行了实验研究。实验中利用压电陶瓷来改变缺陷层厚度,模拟缺陷层的变化,通过CCD测量衍射光位置来测量透过的光频。实验结果表明,缺陷层厚度的变化和透射光频率之间呈线性关系,通过测量透射光频的变化,可以测量引起缺陷层变化的物理量,这与理论分析一致,说明本实验方法可行。本实验方法研制实用的光子晶体传感器具有一定意义。

对一维全息底片运用光子晶体的概念,利用平面波展开法和传输矩阵法,数值计算了介电常数余弦调制的一维全息光子晶体结构的带隙,主要针对全息记录材料为重铬酸盐明胶时设置了计算用参数,计算结果表明对于折射率周期性渐变的一维全息晶体结构同样具有一般光子晶体的带隙,进而研究了带隙的特点。发现禁带宽度随着所使用的记录介质折射率的增加而减小,随着介质折射率调制的增加而增加;带的位置随着介质折射率的增加而移向低频,随着介质周期长度的增加移向低频,折射率调制的改变基本不影响禁带位置。

为了研究扩散效应对相干屏蔽光伏孤子对相互作用的影响。将两个平行传播相干屏蔽光伏孤子光束作为入射波,采用数值方法求解有扩散效应的波传播方程。结果表明,在扩散效应影响下,两相干屏蔽光伏孤子光束同相相互作用不是原来融合,而是使它们趋于分离,且光束之间存在能量的耦合;异相孤子的相互作用不再是简单的相互排斥,在一定的条件下,两束孤子光束既互相排斥,又同时向同侧偏转。

利用传输矩阵法,计算了含左手材料的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了其变化规律。结果表明:nR/ηL的比值对其透射谱影响较大,当比值为1时,透射率T恒为1,与N和△dR、△dL均无关;而当nR/ηL的比值在1.7～2.0之间、N=10时,透射谱的通带呈尖峰状,且通带中心在偶数倍频处有红移,通带峰值不变; 而当nR/ηL的比值大于2.0时,在高频处的通带峰值变小,两介质的递增厚度△dR、△dL越大,nR越大,这种变化越明显,改变周期数N,对透射谱有较大的影响。

延迟选择实验是量子物理中一项重要的实验。本文利用单光子与腔的关系,提出了一种变通的可操作验证延迟选择实验方案。在光子进入腔中之后,通过控制光子与腔的失谐控制光子的入射(光子位于腔内)－反射(光子位于腔外)行为。该方案与传统的方案比较有一定的特点。

Nd:YVO₄是一种重要的激光晶体,广泛的应用到各种激光器中,本论文着重阐述不同的偏振光对应Nd:YVO₄的受激发射截面不同从而导致该谱线的增益不同,并从实验上给出了定量的结果,实验表明对于a-cut的Nd:YVO₄当偏振态由π到σ变化时,受激截面由21.5×1019 cm2变化到14.3×1019 cm2,对应的激光输出功率也由4.1 W变化到1.7 W。利用此原理提出了一种全新的弱增益谱线与强增益谱线的和频方法,并利用此方法实现了593.5 nm激光的运转。

报道了全固态连续波555 nm激光器。555 nm激光是分别由Nd:YAG和 Nd:YVO₄晶体的946 nm和1342 nm谱线非线性和频产生,两条谱线在各自晶体对应能级跃迁分别为4F3/2-4I9/2和4F3/2-4I13/2。实验中采用复合折叠腔结构,利用LBOI类临界相位进行腔内和频,当注入Nd:YAG和Nd:YVO₄晶体的泵浦功率分别为20 W和10 W时,获得1.06 W的TEM00连续波555 nm激光输出。4小时功率稳定度优于±3.3％。实验结果表明采用两种激光晶体进行腔内和频是获得激光的高效方法,并可以应用到其它两种激光晶体进行腔内非线性和频,获得更多不同波长激光输出。