虚光场对双模压缩真空场与原子相互作用系统中光子统计性质的影响

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1、虚光场对双模压缩真空场与原子相互作用系统中光子统计性质的影响虚光场对双模压缩真空场与原子相互作用系统中光子统计性质的影响黄春注厉江帆闾明方束元长沙电力学院物理与信息工程系，长沙0772001年4月13日收到;2001年5月24日收到修改稿研尢了非旋波近似下双模压缩真空场与能级原子相互作用系统中光子的统计性质。着重讨论了虚光场效应对光子统计性质的影响。数值计算结果明。虚光场对光子统计性质的影响主要现为量子噪声。量子噪声的大小依赖于光场的初始压缩因子和原子的初始状态，且与原子光场耦合强度有关。1引言近年来大量的研究结果明，虚光子过程是存在于光场与原子相互作用系统

2、中的实实在在的物理过程它可以导致相互作用系统中光场和原子量子性质的改变以及在物理过程中引起量子噪声1因此，有关光场与原子相互作用过程中虚光场效应的研允是个既有理论价值又有实际意义的课题。越来越受到人们的广泛关注。另方面，压缩态光场在光信息领域有着诱人的潜在应用价值，有关压缩态光场与原子相互作用的研丸是人们关注的又热点课题7如众所周知，压缩真空场与原子相作用系统在本质上反映报缩态光场原产相作叫系统中的基本特征O我们上文蝴7.8中研究作旋波近似下双模压缩真空场中能级原了的偶极缩与相1获以及光场的压缩特忡1•木文进步采用非旋波近似下的双光子模型，研究了双模压缩真空

3、场。能级原子相乜作用系统中光广的统计性质，分析了光子统计性质与系统初始状态及系统本身性质的关系以及虚光子过程对光子统计性质的影响。2理论模型与状态矢量其中，和分别为频率为叫二2的光场的没算符和产生算符，和土为原了的贋自旋算符，为原十的木征跃迁频本为原子与光场的耦合系数。为简便起见，只考虑共振情形，即光场频率4.束效应；若12〉05则明光场两模间呈正相关，反之，若205则光场两模间呈负相关若〉则光场两模间的相关为经典相关；反之，若则光场两模间的相关为非经典相关。在18式所描述的状态取9对13式作数值计算所得结果1.给出原广处于激发态三光场初始压缩因子较小0.5

4、并取1的情况164,612和的时间演化规律。可以看岀，当厂较小时，光子的聚束效应和反聚束效应交替出现，光场两模之间呈现正相关，且这种相关为非经典相关。进步的计算明，系统的初始状态〃，0对光子的统计性质具有明显的影响。给出了64•和对光场的初始压缩闪士和原7的初始状态0及值的依赖关系取=5•随着厂的增大，光子的聚束效应增强而反聚束效应减弱。光场两模之间的相关逐渐加强，当〃较大时,光子主要呈现聚朿效应，但模间相关性质没有明显改变，14.当原子处于基态9=时，光了的聚束效应和模间的相关均为最强。1.1明。值变化时。和2均随值的增大而节现准周期性的振荡从⑴难看出系统

5、的初始状态和叫值的变化均不明显改变光场模间相关的非经典特性。4虚光场效应对光子统计性质的影响3光子的统计性质为讨论光子的统计性质，分别引入函数显然，6=2,2厂和分别征光场第2模的阶相干性质，双模光场模间相关生和模间相关的非经典特性即对3此1不等式的违背。在给定状态下，若60,则光场仔细观察阁1.并4旋波近似下6的计算结果12比较，不难发现，1中6守曲线上附加有微小的快速振荡，这就是光场原子相互作用系统中虚光子过程产生的量子噪声。为了清楚地展示虚光场效应对光子统计性质的影响，分别令显然利么分别代了虚光子过程对第模光场阶相干性质，双模光场的模间相关性质和模间相

6、关的非经典特性的净的贡献。在由8式所描述的状态下取=,9=0,又寸给出了原了处于激发态0=，光场初始压纟馆因子较小=・5并取=・1的情况下人心⑴和么的时间演化规律。可以看出，虚光子过程不仅对光子聚束和反聚束效应产生明显的影响，而且也影响光场的模间相关性质，但对光场模间相关的非经典特性没有实质性的影响。从2,化还可以看出，虚光子过程所引起的量了噪声呈现出拉比振荡型的周期崩塌和回复现象。进步的计算明，这种量子噪声Rabi振荡频率与e(l)o成反比，而朋塌回复周期与成正比，但与无关；量子噪声的大小与光场的初始压缩因子和原子的初始状态密切相关但与么对光场的初始压缩因

7、子和原子的初始状态及叫准的依赖关系又以二，5结论本文研究了双模压缩真空场与能级原子相互作用系统中光了的统计性质以及虚光了过程对光了统计性质的影响。数值计算结果明1•初始光场的压缩因子和原子的初始状态及叫值对光子的统计性质具有明显的影响。当原子处于激发态及〃较小时，光子的聚束效应和反聚束效应交替出现，光场两模之间呈现正相关，且这种相关为非经典相关。随着厂的增大，光子的聚束山诚正比⑴给出了和伽效应增强而反聚束效应减弱场两模之间的相关46.44的时间演化规律及其与系统初态性质的关系逐渐加强，当〃较大时，光了主要呈现聚束效应，但模间相关性质没有明显改变。当原了处于基

8、态时，光子的聚束效应和模间的相关均为最强。系统的初始