波导系统中的单光子输输运研究
单光子是量子信息技术中承载信息的理想载体，对单光子的传输进行精确操控，是实现新型单光子器件的前提条件。基于波导-腔-原子耦合结构，成功地实现了光子与原子间的强耦合，为单光子器件的研发和量子网络的构建创造了良好条件。 在本文中，提出了利用一个回音壁模式微腔耦合一根波导，旁边再耦合一个辅助回音壁模式微腔的结构，用于确定性地从波导中提取共振和失谐单光子。基于?型三能级原子与主腔间的单光子Raman相互作用机制，采用实空间全量子理论在单光子层次研究光子提取。计算结果显示，通过调节辅助腔的频率及两腔的耦合强度，实现了单光子提取效率的显著提高。当原子和腔都存在耗散时，提取效率也可以增大。另外，由于直接的模场再分布发生在辅助腔中，故并不会直接影响原子的布居和相位，因此这种腔模式的非局域控制确保了单光子Raman相互作用机制能正常运行，实现了高提取效率。还发现共振和失谐的入射光子的透射率可以从0被控制到100%。因此，我们的双腔系统有望成为单光子开关。 同时，单光子开关、分束器、二极管是构建光学集成量子网络的基本单元。在本文中，利用两个V型三能级全同原子耦合一根波导可以同时实现这些功能，从而实现多功能的单光子器件。当两个原子被外部相干场驱动时，相干驱动的相位产生光学Aharonov-Bohm效应。基于光学Aharonov-Bohm效应，适当选取两原子的间距，使得途经不同路径的光子发生相消干涉或相长干涉。通过调节驱动场的相位和振幅，可以控制入射光子从完全透射到完全反射，从而实现单光子开关。通过恰当地调节驱动场的相位和振幅，入射光子被等概率地分束为不同的频率，实现分束器的功能。此外，可调节透射方向的单光子二极管也能够被实现。 通过本文的研究，利用波导-回音壁模式微腔-原子之间强耦合，可以对入射单光子进行精确提取。通过改变外加驱动场的相位，能够对单光子的传输进行操控。这些研究对基于波导结构的光量子网络构建具有参考意义。
波导系统;单光子提取;回音壁模式微腔;非局域控制
四川师范大学
硕士
理论物理
闫从华
2021
中文
TN252
2021-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）