《鹼金屬原子-腔耦合系統中多波混頻效應的實驗研究》是依託山西大學，由周海濤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鹼金屬原子-腔耦合系統中多波混頻效應的實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周海濤
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
腔量子電動力學作為量子光學和非線性光學中重要的分支，一直受到人們的廣泛關注，並取得了一系列研究進展，包括：從二能級系統的真空拉比分裂到三能級系統的內腔電磁誘導透明，從基於晶體參量過程的糾纏壓縮態製備到利用原子非線性相干產生糾纏關聯光場等。而四波混頻作為非線性光學中經典的非線性效應之一，在材料套用、光纖通信及量子信息等領域發揮著重要的作用。該項目擬在銫原子-腔耦合系統中，通過多束光場的耦合作用，形成不同的多能級結構，開展基於不同物理機制下多波混頻效應的實驗研究。主要內容包括：通過精確調節各種實驗參量，有效地控制腔內介質非線性極化效應，探索不同多波混頻信號的產生及轉換機制；進一步以多波混頻過程產生的信號作為種子源，利用腔內非線性增強效應，開展基於原子-腔耦合系統下參量過程的套用研究。探索實現長時間量子信息存儲轉換和遠距離量子通訊的多通道非線性光學裝置及超窄線寬的光子源等可行性方案。
結題摘要
腔量子電動力學主要研究在受限空間內原子（離子）與光場作用的量子行為。從二能級系統的真空拉比分裂和光學非穩特性到三能級系統的內腔電磁誘導透明及光放大特性，從基於晶體參量過程的糾纏壓縮態製備到利用原子非線性相干產生糾纏關聯光場等，一直以來是量子光學的研究熱點。而四波混頻作為經典的非線性效應之一，在新型材料設計、量子網路計算及遠距離量子通訊等領域發揮著重要的作用。該項目就結合上述兩個方面，開展了基於原子-腔耦合系統下的光學非線性效應及基於簡併二能級系統下的四波混頻效應的實驗研究。主要研究內容及成果包括：（1）利用熱原子的都卜勒頻移效應，理論分析並實驗驗證了基於原子-駐波腔下產生內腔EIT效應的物理條件，即只有在耦合光頻率在單光子失諧時，才能產生線寬壓窄的暗態極子峰；在原子-環形腔系統中，同樣只有在單光子失諧下，才能產生線寬達到雷射器自然線寬的內腔FWM信號。與自由空間相比，可實現FWM信號與探針光在空間上的大角度分離。為實現全光控制的空間雙通道窄帶邏輯非門操控及路由提供了可能。同時，利用聲光調製器對反向耦合光的控制，可實現探針腔模在單一通道上的三個不同頻率信道間的全光開關，而通過引入相干泵浦場，在不改變開關時間的基礎上，可有效地提高透射效率。這對於全光控制的多通道量子通訊、全光量子器件、量子計算等研究具有很高的參考價值。（2）基於銫原子D1線的簡併二能級系統，實驗比較了在三種簡併能級躍遷結構條件下（Fg大於Fe, Fg=Fe）和Fg
