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与二能级原子相互作用的相干态光场的压缩性质
目 录
中文摘要…………………………………………………………………………………………………1
前言…………………………………………………………………………………………………………1
1基本理论………………………………………………………………………………………………1
1.1历史回顾………………………………………………………………………………………………1
1.22能级原子……………………………………………………………………………………………2
1.3相干态的理论………………………………………………………………………………………2
1.3.1相干态的定义……………………………………………………………………………………3
1.3.2相干态的性质…………………………………………………………………………………4
1.4光场的压缩理论……………………………………………………………………………………6
2 基本工作模型（J-C模型）……………………………………………………………………………7
3光场的压缩性质研究……………………………………………………………………………………8
3.1 引言……………………………………………………………………………………………………8
3.2 J-C模型与光场压缩………………………………………………………………………………9
3.3数值分析……………………………………………………………………………………………10
3.4小结…………………………………………………………………………………………………14
4 总结………………………………………………………………………………………15
参考文献………………………………………………………………………………………………15
英文摘要……………………………………………………………………………………………………16
致谢……………………………………………………………………………………………16
附录……………………………………………………………………………………………17
与2能级原子相互作用的相干态光场的
压缩性质
摘要： 在量子光学领域中,光场的压缩效应反映了光场的非经典特征,在低噪声光通讯、弱信号探测、高精密测量等方面具有重要的应用前景,是近年来光学领域研究的热点之1.光场和原子的相互作用是现代量子光学研究的中心内容,通过光场和原子的相互作用产生压缩光1直是量子光学中10分活跃的研究课题。本文引入相干态光场，阐述了传统光场的压缩理论，利用Jaynes-Cummings(J-C)模型，从光场与原子相互作用的哈密顿量，推出了系统的1般时间演化算符和光场与原子的约化密度矩阵。研究了原子与光场相互作用的压缩效应，讨论了原子分布角、原子相位角、光场相对相位的初态和平均光子数对光场的压缩效应的影响。得出了1系列有意义的结论。
关键词： 相干态；压缩效应；Jaynes-Cummings模型；平均光子数
The Squeezing effect of the Coherent Field
with a Two-Level Atom
Abstract: In the quantum optics domain, the light Squeezing effect had reflected the light field non- classical properties, in low chirp aspect and so on acousto-optic communication, weak signal survey, high precision measurement has the important application prospect, was 1.th recent years optics domain research hot spot.It is center of the most important contents for the quantum optics to study on the dynamics. The transmitted light field and the atomic mutual function produces the squeezing light always is in the quantum optics the extremely active research topic. This article introduces the Coherent States light field, elaborated the traditional squeezing theory of the field, uses Jaynes-Cummings (J-C) the model, With the Hamiltonian of the interaction between the field,the evolution operator and reduced density operators of the field and the atom are derived. The squeezing effect in a system of the atom interacting with field, specifically discussed atomic、atomic phase angle、light field relative phasedistribution angle, and the average light fraction to the light field squeezing effect influence. And obtained a series of significant results.
Key word: Coherent States; The squeezing effect; Jaynes-Cummings model; light fraction
前言
光场的压缩效应越来越引起了人们广泛的注意和重视，压缩光场在弱信号检测以及光通讯方面具有重要的应用前景。由于压缩光中某正交相位分量的噪音起伏低于激光场中相应正交相位分量的噪音起伏.用此分量传递信息,则可得到比激光场更高的信噪比这具有很大的应用价值。当今研究得最多的是压缩真空态场与原子相互作用的非经典性质，以及原子激发态状态下与相干态光场的量子涨落特性。本文主要研究单模相干态光场的压缩性质，重点在于与原子相互作用的相干态光场的压缩效应。结果说明光场的压缩效应依赖于原子、光场的初态和平均光子数。选择合适的参数，便可得到持续的压缩光。
1 基本理论
１.１ 历史回顾
在量子光学领域中，原子与光场的相互作用是近代量子光学中10分活跃的研究课题。压缩光场在弱信号检测以及光通讯方面具有重要的应用前景，自Yuen提出光场的压缩概念以来，对于压缩光场的产生1直是量子光学最活跃的课题之1。Stoler和Wodkiewicz[1]等人最先建立了光场与原子的压缩概念。1981年，Walls[2]等将光场压缩的概念推广原子系统，在单光子共振荧光系统中分别讨论了光场压缩效应和原子偶极压缩效应，指出了处于稳态偶极压缩的2能级原子可辐射出稳态的压缩光场。Knight[3]等在单光子J-C模型中证明了初始时处于偶极压缩状态的原子，在1定的时刻可能辐射出压缩光场。各种光场-原子相互作用系统中光场和原子的压缩特性被广泛报道[4]。压缩光所具有的纯量子效应在高保真度的量子保密光通讯，超高灵敏度的光学无损检测，光学精密计量，弱光及超弱光信号检测，以及生命系统的超弱光子辐射探测等研究领域中有着10分广阔的应用前景，并将在科技领域中获得更为广泛的应用，多模压缩态光将在科学技术领域内具有较之单模压缩态和双模压缩态光更为广阔的应用前景和更为重大的应用价值。诸如，用于孤子产生、孤子压缩、孤子控制以及孤子传输与孤子通讯同题,以及全光量子计算机的开发与研制问题等等。
相干态光场是非经典光场，具有纯粹的量子行为，例如，正交相位压缩，高阶压缩性[5]、亚泊松光子统计[6]，光子数振荡[7]等，他在光通讯，精密测量等方面有着10分重要的应用前景。特别重要的是，相干态光场对研究光场的宏观量子相干性有着非常高的学术价值。
通常研究光场压缩，1般是从海森堡测不准关系出发，用均方根偏差量度光场的量子涨落，根据
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