kerr介质对双模压缩真空场与四能级原子相互作用系统中光场量子特性的影响

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1、Kerr介质对双模压缩真空场与四能级原子相互作用系统中光场量子特性的影响研宛了旋波近似下尺汀介质中双模压缩真空场与型能级原子双光子跃迁相互作用系统中光场的压缩效应及光子的统计性质数值计算结果明在无心介质的情况下光场的两个止交分量的均方涨落均呈现周期性介质的存在不利于光场均方涨落的压缩但对光子统计性质没有明显的影响。众所周知，在光场与原子相互作用的研氏中，7,808,模型1是最简单也最重要的理论模型，人们对它进行了广泛深入的研究并作了各种各样的推广光场与能级原子的相互作用1多模光场与子的相互作用光场衫个原子的相互作用以及多光子兀模型和非线

2、性的扣模型等旦有关光场与能级原子相互作用系统的研允尚有待进步深入。1;介质中光场原子氐作用系统的动力7厅为+同于真空情形1研允介质的存在对系统量子性质的影响具有实际的总义。本文采用全量产理论，精确求解了，介质双模压缩真空场勾气型叫能级原了双光子跃迁相互作用系统的波函数。讨论了1介质对其光场的量子性质的影响。结果明，化介质的存在不利于光场均方涨落的压缩，但对光子统计性质没有明显的影响。理论模型和状态矢量考虑类1・1•介质中双模光场与1所不的型能级原了的双光了跃迁相；作叫系统。在旋波近似1系统哈密顿算符为1式中和山分别为频率为出心个能级粒子

3、的产生算符和湮没算符=为原子。能级的能，本征位1.0=253为原子与光场的耦合系数，1为反映光场勾介质相作用强度的参数。或。系统将退化为型或型能级系统。若1・3则过渡到能级系统。设初始时刻=,原了光场耦合系统的态矢可为其中此处为征光场压缩程度的压缩因子，5为压缩方向角。在任意时刻系统状态演化为为简便起设=2=3三按标准方法解薛定谭方程，可以求得3•数值分析假设初始时刻，原子处于〃，两上能级定义双模光场的两个缓变的正交复振幅算符引入函数及或2,则光场的以=1或2分量被压缩。=2,夕12和分别征光场第=2模于双模压缩真空场，有61=62=6

4、在给定状态下，若60,则光场呈现聚束效应，反之，若60,则光场呈现反聚束效应；若6120,则明光场两模间呈正相关，反之，若612,0,则光场两模间呈负相关；若0,则光场两模间的相关为经典相关；反之，若0,则光场两模间的相关为非经典相关16•在给定条件下根据4式对1619式作数值计算所得结果2和3.子性质。2描述无1介质时光场的止交分量，的均方涨落21的时间演化特性。不难看出，无1介质时，光场的正交分量的均方涨落呈现周期性的压缩。对22作同样的计算发现，的均方涨落同样呈现周期性的压缩。进步的计算还明，光场的初始压缩因子增大时，光场两正交分

5、量均方涨落的压缩加深，而每次压缩的时间缩短。20描述无介质时光子的统计性质。可以看出，在时间演化过程中，光子的聚束效应与反聚束效应周期性地交替出现，而且呈现反聚束效应的时间较长；光场的两模之间总是呈现正相关，而且这种相关是非经典相关。有关存在1介质时光场的量子性质的数值计算结果明方面，1介质的存在不利于光场均方涨落的压缩，且1越大，介质对光场压缩性的影响也就越强即光场的均方涨落越难于压缩；另方面Kerr介质对光子的统计性质没有明显的实质性的影响。作为实例，3中给出了，场的正交分量的均方涨落函数0的时间演化特性。与2比较，可以看出，有介质

6、存在时光场的均方涨落比无介质时明显增大，除了初始阶段的段极短的时间外均有2即光场1分量3分別描述存在1介质时光场的阶相干性和模间相关性以及模间相关的非经典特性即对CaudSchwartz不等式的违背。与2133比较，可以看出，虽然16介质的存在破坏了62和演化的周期性，但在时间演化过程中，光子的聚束效应与反聚束效应仍然是交替岀现并主要现为反聚束效应；光场的两模之间也是呈现正相关，而且这种相关同样是非经典相关。可，1介质的存在对光了统计性质没有明显的实质性的影响。4•结论采用全量子理论，求得了介质中双模压缩直空场与N型能级原子双光子跃樱相

7、互作用系统的波函数，并讨论了其光场的量子性质。数值计算结果明，对于双模压缩真空场与能级原子相互作用系统，在不存在1〃介质的情况下，光场的两个正交分量的均方涨落均呈现周期性的压缩，而心介质的存在不利于光场的均方涨落的压缩。无以介质时，光子周期性地交替呈现聚束效应与反聚束效应且呈现反聚束效应的时间较长，光场的两模之间总是呈现正相关，而且这种相关是非经典相关介质的存在对光子统计性质没有明显的实质性的影响。1黄春佳周明等2000物理学报49215赖云忠梁九卿1997物理学报4617101996近代量子光学导论北京科学出版社第143165页