部分相干物质波是处于临界温度以上的玻色冷原子气体。密度和一阶关联都满足高斯分布的部分相干物质波是高斯谢尔模 (Gauss-Schell model)物质波。本文通过研究高斯谢尔模物质波一阶关联函数的相位结构,揭示出物质波在部分相干情况下的轨道角动量特点。证明扭曲相位是部分相干物质波具有的独特性质,完全相干物质波(如,玻色爱因斯坦凝聚体)不具有此相位。此外,本文举例分析了高斯谢尔模物质波在一个“柱透镜”光脉冲作用下,其轨道角动量的变化情况。

提出处理腔场与原子、腔场与腔场等系统的较为一般算符方法。基于此方法,通过构造四对时间依赖的产生和湮灭算符,简捷地求解四模腔场或四腔场与二能级原子非共振相互作用系统,得到其本征态、本征值和一般态矢。特别地,在四模场或四腔场和原子的初态分别为真空态和一般叠加态时,给出四场模平均光子数和原子布居数反转的时间演化。该新方法可应用于其它一些量子系统。

利用并发度和线性熵作为纠缠度量研究了两个驱动两能级原子和真空场相互作用系统中的纠缠动力学特性,分析了经典驱动场频率、原子和经典场的耦合系数以及参数α对并发度和线性熵的影响。结果发现通过调控经典驱动场能够提高两原子之间和两原子与场之间的纠缠,实现两原子之间纠缠突然死亡现象的操控,理论上提供了一种调控纠缠的方式。

为了应对灰霾对星地量子通信信道所带来的突发性干扰,根据灰霾天气下量子信号在自由空间中的衰减指数,本文提出了一种基于信号功率衰减最低的最优链路量子卫星切换策略。当目前的星地链路参数满足切换条件时,地面用户通过对不同信道中量子信号功率衰减系数的比对,测试到最小衰减卫星链路,基于对光子态Bell基的测量,完成卫星间的量子纠缠交换,建立新的纠缠信道,保证通信在切换过程中的连续性。仿真结果表明,当系统呼损率为5％,能见度为1 km,地面用户数分别为50、100、300,轨道高度为300 km和1400 km时,量子卫星的切换成功率分别为95％、936％、918％和92％、90％、87％。由此可见,本策略能够在保证通信可靠性的前提下,实现星地间量子信道的平稳切换,提高量子卫星通信系统在灰霾背景下链路的有效性。

本文提出一种基于双矩形腔结构的表面等离子体类电磁诱导透明(PIT)系统,通过微流控系统来实现一种可操控的类电磁诱导透明效应。文中通过耦合模理论来对整个系统结构进行分析,并利用二维时域有限差分方法(FDTD)对该类电磁诱导透明效应系统进行数值模拟,模拟所得结果与理论分析相吻合。该系统可动态调节类电磁诱导透明效应的透射窗口中心波长及透射率、品质因子Q、慢光速度等,具有调节精确、调节范围大的优点。

里德堡电子与基态原子的低能电子散射形成长程里德堡分子,这种分子具有大的轨道半径,丰富的振动能级和永久电偶极矩等特点。本文考虑铯里德堡ns态与(n-4)l(n为主量子数,l为角量子数且l>2) 近简并态的非绝热耦合与p-波共振现象,数值计算了长程铯里德堡分子的势能曲线。分析ns6s(n=32-36)态分子最外层势阱,研究了长程里德堡分子的势阱深度、平衡距离与主量子数n的关系,为实验研究长程里德堡分子提供理论依据。

基于自聚焦的非线性薛定谔方程,研究了自陡峭效应和自频移效应对Peregrine怪波(PS)、Akhmediev呼吸子(AB)和Kuznetsov-Ma孤子(KMS)传输特性的影响。数值模拟结果表明:这两种效应使三种有限背景解分裂加快,相邻最大压缩脉冲间的距离减小,脉冲中心发生偏移,且参数越大,分裂得越早,脉冲中心偏移量越大。

研究了中心对称光折变晶体中Kagome光子晶格内带隙孤子的存在及其稳定性。结果表明:带隙孤子只存在于半无限带隙内,中功率的带隙孤子是稳定的,高功率和低功率的带隙孤子是不稳定的。在高功率和中功率区域内,带隙孤子的功率随传播常数的增加而减小。在低功率区域内,带隙孤子的功率随传播常数的增加而变大。

本文提出以苯并环丁烯(benzocyclobutene,BCB)或硅为介质层材料,用碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT) 填充的屏蔽型硅通孔(Shielded Through-Silicon Vias,S-TSV)结构,利用等效传输线模型计算了其正向传输系数和衰减常数,分析了量子电容(Quantum Capacitance,Cq)对S-TSV传输性能的影响。研究发现,Cq能改善以BCB为介质层,填充多壁碳纳米管束(Multi-walled carbon nanotube bundle,MWCNTB)的S-TSV高于20 GHz频段的传输性能。此外,Cq可以明显提升以硅为介质层的S-TSV的传输性能,且Cq的温度效应能与硅电导的温度效应平衡,从而提高S-TSV的热稳定性。

在实验上研究了共振于铯原子跃迁线附近的微环芯腔与锥形纳米光纤的耦合特性。通过精密控制微环芯腔与锥形纳米光纤的相对位置,实现了两者的欠耦合、临界耦合和过耦合的精确控制。当微环芯腔与锥形纳米光纤间距为0.6μm时,系统达到临界耦合,透射率为0.3％±0.3％,耦合效率为99.7％±0.3％。由微环芯腔透射光谱得到微环芯腔的自由光谱区为1067±5 GHz,等效腔长为223±1 μm,线宽为2.9±0.1 GHz,本征品质因数为(62±06)×104。随着微环芯腔与锥形纳米光纤间距的减小,微环芯腔的线宽逐渐增大,共振频率发生红移,频率移动为19.2±0.1 GHz。该研究找到了有效控制微环芯腔与锥形纳米光纤耦合状态的方法,为下一步实现微环芯腔与原子间强耦合奠定了实验基础。同时该研究加深了人们对微环芯腔不同耦合状态的认识,为研究欠耦合和过耦合状态提供了实验基础。

法布里-珀罗标准具由于其结构简单、性能稳定,不仅可以实现不同频率光束的分离、高精度的长度测量、分析激光的纵模结构等,还可用于激光器的稳频系统。本文对F-P标准具的透射率、半高宽度、自由光谱区以及透射率与温度的关系等特性进行了研究,并将其应用在激光器的稳频装置中。

通过铯原子D1线超精细跃迁能级的偏振光谱获得鉴频曲线,利用电子伺服系统将鉴频曲线反馈到894.6 nm 外腔式半导体激光器的压电陶瓷上进行锁定。由于偏振光谱技术不需要对激光器进行调制,因此不会带来额外的噪声。激光器自由运转400 s 内频率起伏为2.35 MHz,采用偏振光谱锁定激光器后400 s 内频率起伏为0.95 MHz,有效抑制了激光器的频率起伏。

本文开展了光学腔内两正交偏振模振幅和相位补偿的实验研究。通过采用特殊腔型和两个λ／2波片,补偿腔内反射镜对水平偏振模和垂直偏振模的反射率差异,使两个偏振模的输出振幅相等。利用一组λ／4-λ／2-λ／4波片补偿光学腔内水平偏振模和垂直偏振模的相位差,使两个模的输出重合。通过上述的振幅和相位补偿方法,可实现任意偏振光经过环形腔后偏振不变,为任意偏振比特在腔内冷原子系综中的高效率高保真度存储提供了实验基础。