《納米光波導中的光子相干輸運與量子調控》是依託四川師範大學，由閆從華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米光波導中的光子相干輸運與量子調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：閆從華
- 依託單位：四川師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米光波導中的單光子效應具有很強的可控性，在光量子信息處理的物理實現方面具有廣闊的套用前景。以前的研究工作主要考慮光子與二能級原子相互作用，由於光子的透射率難以調控，僅用二能級原子和單光波導實現光子的可控輸運比較困難。我們最近的研究發現，可利用光子與原子的非對稱耦合調控光子的相干輸運。在本項目中，採用量子光波導理論，（1）進一步研究嵌入三能級原子的微腔與光波導耦合中的光子可控輸運。探討耦合強度、腔場耗散和原子數目等對單光子輸運的影響。（2）研究在雙光波導中,以原子為媒介實現光子對光子的調控。分析不同耦合強度的雙光子與二能級原子的相互作用，以及不同頻率的雙光子與三能級原子的相互作用。研究光子與原子之間的耦合強度、外加經典控制光場和磁場等對雙光子透射譜和雙光子關聯函式的影響。通過本項目的研究，獲得納米光導中光子相干輸運的高效調控方案，為全光開關、光子頻率轉換器等新型光子器件的研製提供理論依據。
結題摘要
由於低維納米微結構與空間電磁波之間可以形成強耦合，使其呈現出豐富多彩的量子光學效應。近年來，研究波導光子與原子或微腔的相互作用，成為當前物理學研究中最活躍和最具生命力的前沿領域之一。本項目研究了（1）如何利用Λ型三能級原子與單模和雙模腔場的耦合來調控光子的透射譜；（2）引入附加鏡子控制波導中的光子輸運；（3）研究利用串聯空腔實現高品質光子開關。通過對本項目的研究，取得了如下成果：（1）利用Λ型三能級量子點-腔的耦合實現光子頻率轉換器和光子極化分束器。在本項目中，我們研究了嵌入Λ型三能級量子點的單模光子晶體微腔，對波導光子的散射特性。研究結果顯示，光子的傳輸特性可以通過調節波導-腔和量子點-腔的耦合強度來精確控制。特別地，當具有雙重簡併模式的光子晶體腔與Λ型三能級原子相互作用時，光子的傳輸譜呈現三重Rabi劈裂，該模型可以用於實現光子頻率轉換器和光子極化分束器。相關研究成果已經發表，即 Phys. Rev. A 89, 033819 (2014)。（2）精確調控Rabi劈裂和Fano共振。在本項目中，我們提出利用嵌入二能級原子的腔與一個外部鏡子耦合，來控制一維光波中的單光子輸運。數值結果顯示光子傳輸譜中的Rabi劈裂可以通過調節腔-鏡子間的耦合強度進行控制，這種劈裂甚至可以在腔-原子弱耦合時看到。同時，共振光子的傳輸機率可以從0調整到100%。另外，我們發現傳輸譜中出現的Fano共振與腔-鏡子的耦合強度以及系統的耗散有關。研究的主要結果發表在Opt. Express 23, 10374 (2015)。（3）實現理想單光子開關。光子開關是量子光學網路中的基本元件，被認為可以通過調控腔-原子間的相互作用或是驅動開關原子的其他能級來實現。在本項目中，我們提出了一種不同於以往的開關方案。我們的開關由三個空腔串聯構成，即當三個空腔共振時，波導光子全透射；當三個空腔不共振時，波導光子全反射。還發現這種頻率失諧敏感的光子開關的品質與腔-腔、腔-波導以及腔-原子間的耦合強度無關。這些富有創見的想法發表在Phys. Rev. A 94, 053816 (2016)。
