以水分子(H2O)双振子二次量子化哈密顿量作为理论模型,通过加横向扰动研究H2O中氢氧(O—H)耦合量子态的稳定性。结果表明:当水分子中的两个振子能量集中于其中之一时,不易受横向扰动的影响,稳定性好;当振子能量不对称时,极易受横向扰动的影响,稳定性迅速衰减、变差;当两振子振动强度一致时,不易受弱横向扰动的影响,对于比较强的横向扰动稳定性演化曲线呈现近周期性变化,说明该状态在强扰动下极易发生可逆性的跃迁。

利用全量子理论,研究了Bell态双原子与Pólya态光场相互作用系统的量子纠缠特性,分别讨论了原子初态、最大光子数M、光场参量p和r对系统场熵的影响。结果表明:当最大光子数M足够大时,随着光场参量p和r的逐渐增大,场熵振幅逐渐缩小,场熵演化曲线趋于平稳;与原子初态为|φA(0)〉的情况相比,原子初态为|A(0)〉时,系统的纠缠状态更容易受到光场参量p和r的影响。

利用有序算符内的积分技术,以及在线性共振力作用激光过程中密度矩阵解的解析表示式,导出了奇相干态密度矩阵在该通道中的演化公式。采用Wigner算符在相干态表象中的表示,给出了奇相干态在该通道中Wigner函数的演化公式。讨论了增益系数和衰减系数变化对Wigner函数的影响。研究结果表明:随增益系数增大和衰减系数增大,Wigner函数的负性减弱,态的非经典效应减弱。另一方面,随耗散过程的延续,Wigner函数负部体积减小,光场量子特性减弱。

压缩态光场是连续变量量子信息科学研究的重要资源。本文提出了一种利用级联的单共振倍频系统提高压缩度的方案,研究表明两次倍频分别产生的二次谐波与四次谐波场为压缩态光场,且四次谐波场的压缩度比二次谐波场提高了大约3 dB。我们还研究了两个谐波场的压缩度随泵浦场衰减率、泵浦功率的变化关系。该系统不仅可以增强压缩态光场的压缩度,而且能将压缩光拓展到更短的波长区域。此外,通过对波长1 014.8 nm的基频光进行四倍频获得与汞原子吸收线波长相对应的压缩光场,对量子存储、光谱测量和光频标具有实用价值。

为了研究中层海水中水色三要素对水下量子通信性能的影响,首先根据水色三要素的吸收和散射模型,提出了海水中叶绿素浓度、光量子信号波长和水下量子链路衰减的关系;然后针对退极化信道,分析了叶绿素浓度、光量子信号波长与信道容量、信道平均保真度和信道误码率之间的定量关系。仿真结果表明,传输距离为20 m,当叶绿素浓度分别为0.5 mg/m3和1.5 mg/m3时,水下量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.263 1和0.142 3,0.705 2和0.553,0.037 05和0.029 17.当波长分别为400 nm和800 nm时,通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.229 1和0.428 3,0.914 2和0.943 7,0.012 36和0.006 87。由此可见,叶绿素浓度和光量子信号波长对水下量子通信性能有显著的影响。应根据对海水水色三要素的探测情况,自适应调整系统的各项参数。

本文实验研究了基于原子-腔耦合系统下的内腔四波混频效应。当一束驻波耦合场作用于该复合系统时,实验发现在原子共振频率中心,产生的反射波混频信号无法在腔内形成共振,而当耦合光频率偏离原子共振频率中心时,反射信号能在腔内共振,从而产生线宽压窄的共振输出;进一步实验研究了不同耦合光频率失谐下,腔模失谐对内腔四波混频效率的影响。理论上,基于内腔介质在驻波耦合场驱动下的吸收特性及耦合光泵浦引起的强吸收效应对实验现象进行了定性的分析。

最近实验上利用超冷费米气体研究相互作用的对称性保护的拓扑相(SPT)备受关注,尤其是探测开边界下的拓扑边界态。本文利用密度矩阵重整化群(DMRG)方法研究了Peierls-Hubbard模型的拓扑性,通过开边界下的拓扑边界态,纠缠熵和纠缠谱等多种方法确定了系统的拓扑相,绘制了相应的相图。相互作用驱动系统进入新的拓扑类,在冷原子超晶格中可以测量拓扑边界态的局域密度分布来确定系统的拓扑性质。

基于非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶变换方法,分别讨论了高阶效应(包括三阶色散、自频移和自陡峭)对二阶呼吸子传输特性的影响。结果表明,高阶效应的增加使得偏移量为零的二阶呼吸子分解得越来越早,随着分解后呼吸子组之间距离的减小,它们之间的相互作用越来越强。对于偏移量不为零的二阶呼吸子,高阶效应的增加会使其再现频率变大,也即前后呼吸子组之间的距离变小,最后导致相互作用的产生。

在色散振荡光纤中,研究平均色散、色散振荡周期和色散振荡振幅对准连续泵浦波输出调制不稳定性增益边带的影响。结果表明:随着平均色散和色散振荡周期的增加,各阶边带中心向频谱的中心频率移动,并且相对应的增益值逐渐减小。特别地,当色散振荡周期以整数增加时,在一定频谱范围内,会出现对称不等增益边带组。然而,增强色散振荡振幅,各阶边带中心频率并不发生改变,此时各阶边带增益出现振荡周期性的减小,边带出现分裂和消失的现象。同时,利用解析公式对离散增益边带进行理论预测,讨论解析公式的适用性。

量子信息学作为一门新兴学科引起了科学家的关注,量子逻辑门是量子信息处理的关键结构。在本文中,我们提出基于金刚石氮-空位中心的偶极诱导透明(DIT)过程,这个金刚石氮-空位中心囚禁于一个耦合到两个波导的光子晶体腔。在Purcell体系中,对于非耦合腔和耦合腔的圆极化光的反射率和透射率的差异是鲁棒且可调的,这说明DIT是明显的。利用该DIT,我们实现了空间极化超CNOT门。在多个自由度的量子比特系统的量子信息协议中它们可以用更少的资源来执行更多的量子操作,这样可以减少能量损耗和光子耗散。

文章研究了短周期InAs／GaSb (SLs)Ⅱ型超晶格的红外光电特性。研究发现将InAs／GaSb 超晶格各层生长宽度调节在20／25 左右,可以实现中红外波段的禁带宽度。我们发展了修正的八能带K.P模型计算了该超晶格系统的电子子带结构,模型充分考虑了生长层之间的界面效应。模型只需要微观界面效应这一个可调参数,就可以得到与实验结果符合的非常好的理论结果。研究发现将GaSb 的厚度固定为24,InAs的厚度从23 降到17时,SLs的带隙宽度可以从275 meV调节到346 meV;或者InAs的厚度为21,GaSb的厚度从18增加到27时,SLs的带隙宽度可以从254 meV调至313 meV。该理论研究证明短周期InAs／GaSbⅡ型SLs可以应用于带宽为3~5 μm的中红外光电探测。

Yb3+掺杂光纤激光器输出的激光波长范围很宽,但是获得不同波长激光的难易程度不同。为了在长波长波段获得较强的激光输出,本文分析了激光输出的影响因素。根据Yb3+在玻璃基质中的能级,利用玻尔兹曼分布,计算了Yb3+离子在2F7／2和2F5／2各个Stark能级的玻尔兹曼因子的数值。并利用这一结果,绘出了基态2F7／2各Stark能级上粒子数相对比率随温度变化的曲线。结合Yb3+离子的吸收和发射截面得出结论:在长波长谱段,随着温度的升高,能够获得1 130～1 200nm波长谱段较高功率的激光输出。同时也指出在Yb3+掺杂光纤激光器的常规激光输出波段,输出功率随着温度的升高而降低。