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文檔簡介
1、光子在信息傳輸方面的巨大優(yōu)勢使其在信息處理、采集、控制方面有著非常重要和廣泛的應用。特別是在激光問世之后,光通信迅速發(fā)展并取得了很多突破性的成果。由光學諧振腔組建的系統(tǒng),可以把光束縛在極小的空間內,從而能增大光強和光-物質相互作用強度。在這種系統(tǒng)中可以進行單光子級別的光信息傳遞和轉換的研究,因此諧振腔組建的系統(tǒng)在構建光信息器件方面有著巨大的優(yōu)勢。構造簡單但功能多樣的腔量子電動力學(QED)系統(tǒng)和光機械系統(tǒng),是近些年的國際研究熱點,在量子
2、信息和量子網絡方面有著重要應用。本文以腔QED和光機械系統(tǒng)為研究平臺,探討了其中的非線性效應和光信息傳輸過程。主要內容包括:
一、我們提出了利用量子點和高階邊帶進行光子轉換和信息處理的理論方案。在支持偏振方向相互正交的兩個光模的光子晶體腔中,通過巧妙放置量子點(人造原子)的位置,使其同時和兩個腔模產生耦合。在由兩束連續(xù)光組成的外場的驅動下,量子點與腔模的耦合會產生有效的強三階非線性,致使系統(tǒng)中發(fā)生拉曼散射和四波混頻,從而產生高
3、階邊帶,最終使輸出光譜呈現(xiàn)出等間距的光梳分布。量子點作為媒介,承載著兩個腔模之間的能量轉換,使得信息可以在光模和量子點中進行有效的轉移和轉換。因此盡管只有一個光模被驅動,但是未被驅動的光模也有高階邊帶的產生。我們探討了高階邊帶的產生原理和邊帶在兩個光模之間的轉化效率,以及系統(tǒng)各參數對該轉化效率的影響。方案的實驗可行性和相關物理機制在文中也有詳盡闡述。我們構建的這個系統(tǒng)具有操控不同頻率模式下的光子相互之間轉化的能力,在經典通信系統(tǒng)和集成量
4、子網絡中都有廣泛的潛在應用。
二、我們提出了結合宇稱-時間反演(PT)對稱理論的高階邊帶增強方案。PT對稱概念最初是在數學上被提出的,它完善了量子力學關于非厄米哈密頓量的理論。引入了增益和衰減構建的PT對稱光學系統(tǒng)為人們探究光-物質相互作用提供了新的平臺。這里,我們研究了由一個含非線性介質的衰減腔和一個增益空腔構成的PT對稱系統(tǒng)的線性和非線性的光傳輸效應。通過調節(jié)雙腔耦合強度,可以控制系統(tǒng)參數處于PT對稱區(qū)域或者對稱性破缺區(qū)域
5、。通過理論推導和數值模擬研究發(fā)現(xiàn),PT對稱系統(tǒng)中的低階和高階的邊帶產生效率均被大大增強,尤其是在PT對稱破缺點附近。這種增強效應實質上源于PT對稱系統(tǒng)中的非線性增強,我們從理論推導出發(fā),對其物理圖像進行了詳細的闡述。我們的研究提供了在弱驅動和弱非線性下獲得強高階邊帶的途徑,有利于光頻梳和芯片光通信的發(fā)展。
三、我們提出了增強光機械系統(tǒng)非互易性效應的方案。該方案中,我們結合了PT對稱概念和光機械系統(tǒng),研究了這個組合系統(tǒng)的光傳輸效
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