∧型冷原子气体与光学腔模的耦合系统

荡。图1.1原子反转率随着gf变化曲线D”JC模型中,系统的哈密顿量中包含原子的能量、光场的能量和光与原子相互作用部分的能量三部分,原子和光场都采用量子化描述,光和原子的相互作用项3万方数据人型冷原子气体与光学腔模的耦合系统采用了偶极近似和旋波近似。在相互作用绘景下求解系统本征态算符的运动方程,我们会发现在光的频率和原子的偶极跃迁频率相同时,原子的粒子数反转率为∥(r)=∑成。(o)cos(gt),其中g为量子Rabi频率,几(0)为t=0时刻系统中的光子数。如图1.2所示,原子的粒子数反转率出现了“崩塌”和“复原”现象,而且随着时间的推移交替出现。随着时间的演化,Rabi振荡的幅度逐渐减小。我们可以看到即使是真空场也会出现Rabi振荡,与半经典理论得到的结果是不同的。在半经典理论中,处于激发态的原子在没有外驱动场的情况下是不能跃迁到低能级的。而在这种全量子理论中,自发辐射使得真空中原子从上能级到下能级的跃迁成为了可能。;02030405060图1.2原子反转率随着gt变化曲线:初始光场为相干态。参数△=0,(门)=251954年,Dicke在理论上预言了在分子或原子中Dicke超辐射的发光机制。他认为在分子气体与光场的耦合系统中,应将分子气体视为一个量子系统来研究。可以假设分子之间为弱相互作用,分子气体相对集中,且气体的尺度远小于光场的波长。在上述假设的前提下,系统的哈密顿量中分子可以采用赝自旋算符来描述,分子和光的相互作用项采用半经典描述即光场为经典近似场。采用一阶微扰理论,我们会发现当分子气体的“合作数”为分子个数的一半,在高能级和低能级上的分子气体粒子数相等时,自发辐射率达到最大,从而实现Dicke超辐射。关于原子气体和光场的耦合问题,1968年Tavis.Cummings给出了精确解。全同的二能级原子组成的原子气体与光场的耦合系统中,原子气体采用赝自旋算4万方数据