借鉴热力学统计物理描述热随机运动的方法,提出了一种新的方法来描述毛玻璃粗糙表面引起的光场光强的随机分布。我们提出了相应的等概率假设,根据这条基本假设,推导出了光场中光斑的光强分布。进一步我们设计了三个实验,来验证模型的正确性。实验结果和我们的假设及模型符合得很好。本文的方法可推广到其他随机运动的描述。

文中引入一类新的量子态-逆坐标算符激发相干态。利用有序算符内积分技术,我们将逆坐标算符激发相干态转换成是厄米多项式激发相干态的叠加态,导出了逆坐标算符的正规乘积,以及该激发相干态的归一化系数;基于Wigner算符的相干态表示,进一步导出了该激发相干态的Wigner函数的解析表达式。特别是利用Wigner函数的负部特征,讨论了该量子态的非经典性。

借助于两模纠缠相干态,利用Wigner函数的定义和特性,通过严格的数学推导,首先获得了双阱势中玻色子正则规范粒子数差和位相差算符的Wigner函数,然后通过高斯光滑获得了它的Husimi函数。在准线性拉比规范下绘出了8个粒子9个本征态的相空间概率密度分布图;计算了随机变量-数差的均值和方差;从不同角度分析讨论了本征态的统计特性。发现数差的分布不同本征态有不同的结构,分别呈现单峰、双峰、三峰乃至多峰结构,峰的个数随着系统中粒子数的增加而增加;基态和最高激发态呈现单峰结构;且方差较小;分布于基态和最高激发态之间的态具有多峰结构;方差较大,最居中的态方差最大;而相位差的概率密度分布是周期函数,类似于光学里干涉条纹可见度分布,一个周期内总是呈现双峰结构,而且相位差的最可几概率仅有两种选择: 0、π和π／2、-π／2.

相干布居俘获(CPT)磁强计是基于原子系综中相干布居俘获相干叠加暗态使用全光学的方法对磁场进行测量,具有较高的精度。实验中使用注入锁定的方法得到频率差严格等于铯原子基态超精细分裂间距的两束大频差位相锁定的双色激光,观察到了铯原子气室中的CPT透射信号。给铯泡加入沿激光传播方向的纵向磁场,可观察到变宽或分裂的CPT信号,通过对分裂间距的测量便可得到待测磁场值。对于中等强度的磁场,可通过透射峰的裂距直接得到待测磁场值;弱磁场区域则可通过电流与磁场的对应关系得到。目前,实验中可测量nT量级的稳定磁场。

基于转动参考系运动学公式确定原子波包在测试平台参考系中的经典运动轨迹,并求解干涉相位解析表达式。通过三脉冲冷原子干涉重力仪精确数学模型,分析了科里奥利力对重力加速度测量的影响,并在此基础上介绍了美国加利福尼亚大学Lan Shau-Yu提出的旋转补偿法,从理论上论证了这种方法确实能提高干涉对比度,但在抵消科里奥利力影响的同时又会引入更大的系统误差。

提出了一种在另外两方辅助下实现的未知三粒子克隆方案。在协议过程中,消息发送者欲传送一个未知的三粒子态给远方的接收者,并且获得未知态的复制态。协议的第一阶段是量子信息的隐形传送。第二阶段,为了帮助消息发送者实现量子态克隆,另外两方分别对自己手中的粒子进行三粒子投影测量,消息接收者才能获得该未知态的复制态。我们的协议优势在于,联合克隆出未知态复制态的成功率可达到1。

魔幻态(magic state)是一种单量子比特量子态,在容错量子计算中可以辅助Clifford 操作在任意量子态上横向实现一个non-Clifford门,使得容错量子计算具有通用性。除此之外,魔幻态制备中的噪音可以通过Clifford 操作纯化过滤,这个过程称为魔幻态纯化。具体来讲,魔幻态纯化指的是,当输入噪音量子态相对于魔幻态的保真度大于一个给定的纯化阈值,可通过Clifford 操作从多份噪音量子态中提取出一份保真度被提高的量子态,通过多次重复纯化程序,最终可获得保真度接近于1的魔幻态。本文将研究T型魔幻态纯化程序的重复次数与输入的噪音量子态保真度之间的关系。

提出一种将三光子制备于特定纠缠态的方案。该方案涉及Hadamard门和受控非门,可利用线性光学器件和光子探测器来实现,具有实验可行性。然后该三光子纠缠态被用来实现受控的量子通信任务,包括量子密钥分配和量子安全直接通信。

利用电磁感应透明效应(EIT)在87Rb冷原子介质中进行了光学信号存储释放的实验研究。测量了信号光存储效率随冷却系统中再泵浦光功率的变化关系。结果表明:当再泵浦光从零开始增大时,存储效率随之增大而增大;再泵浦光功率超过一定强度时,存储效率开始降低。一个简单的分析说明了上述存储效率与再泵浦光强的关系。

以耦合Ginzburg-Landau方程为模型,对石墨烯锁模光纤激光器中脉冲的动力学行为进行了详细地研究。首先,采用拟解法推导了该方程组的啁啾类亮亮孤子对解;其次,对啁啾类亮亮孤子对的传输特性及稳定性进行了数值研究。结果表明:合理选择系统参数,不仅可以得到啁啾类亮亮孤子对的精确解,而且该精确解还可以在一定的扰动下稳定传输。相关结果将为设计和改善石墨烯锁模光纤激光器的性能提供一定的理论依据。

以变系数耦合的非线性薛定谔方程作为双折射光纤中光脉冲传输的理论模型,数值模拟了三种新型的组合孤波:类亮型、类暗型和W型在具有三阶色散、自频移效应、自陡峭效应和五阶非线性效应,以及增益(损耗)效应的双折射光纤中的传输特性。并讨论了在加入噪声扰动、振幅微扰和相位微扰情况下三种新型组合孤波的传输稳定性。结果表明:在有限的干扰情况下,该组合孤波均可稳定传输。

采用线性组合算符和幺正变换方法,研究了库仑场对非对称量子点中弱耦合极化子激发能量的影响。导出了非对称量子点中弱耦合极化子的跃迁频率和激发能量随量子点的横向和纵向有效受限长度及库仑束缚势的变化关系。结果表明:当库仑束缚势一定时,束缚极化子的跃迁频率和激发能量随量子点的有效受限长度的减小而迅速增大,跃迁频率和激发能量随库仑束缚势的增加而增大。

采用平面波展开法和时域有限差分法,研究了光子晶体表面光波导型光学传感器的物理特性。研究结果表明,由于部分波导模场进入到外部环境之中,使得传输模场能与外部环境产生强烈的相互作用,因此实现了高灵敏度的光学传感。在光通信波段,折射率灵敏度达到了966 nm／RIU。研究结果为实现新型高灵敏度生物传感器提供了重要的理论依据。

在激光二极管(LD)泵浦的Nd:YVO4激光器中,采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,分别实现1064 nm和1342 nm激光的被动调Q;获得平均输出功率为0.52 W,脉宽为7.7 ns,重复频率为105 kHz的1342 nm调Q脉冲序列和平均输出功率为0.62 W,脉宽为6.06 ns,重复频率为138 kHz的1064 nm调Q脉冲序列。测量石墨烯分散液对低功率连续激光的吸收系数与入射功率之间的关系,结果表明样品对1342 nm和1064 nm激光均存在可饱和吸收,但是对1342 nm激光吸收的饱和光强较低,由此分析1064 nm和1342 nm调Q脉冲的差别。