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《原子與光場的熵交換研究論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目名稱：原子與光場的'爛交換研究題目類別：研究論文院(;系）：物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級：物理1088班學(xué)生姓名：XX指導(dǎo)教師：XX輔導(dǎo)教師：XX論文寫作日期:2008年2月至2008年6月1引言由于原子與光場間的糾纏特性對研究原子和場量子態(tài)制備以及量子信息處理至關(guān)重要，因而關(guān)于原子與光場間的糾纏特性的研究是量子光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)較為活躍的課題之一。Jaynes-Cummings(J-C)模型是描述單模場與原了相互作用的可精確求解的理想模型。它是由Jaynes和Cummings在討論微波激射器時提出的，由單個二能級原子(或分子)與一單模量子化
2、的光場組成的相互作用系統(tǒng)的理想模型，它是描述原子與光場相互作用的一種理想模型。由于對它只需作旋波近似就可精確求解，因此不僅在量子光學(xué)中，而且在激光物理，核磁共振和量子場論等許多問題中都常被采用。電磁場能誘導(dǎo)原子不同本征態(tài)間的許多躍遷，然而最可能的躍遷是令原子只具有兩個非簡并能級：2和E，這樣的原子稱為二能級原子。二能級原子的本征躍遷頻率為?=(&-￡)/方。當(dāng)它與頻率為的單模輻射場發(fā)牛作用時就導(dǎo)致共振躍遷。顯然，二能級原子是一個實際原子的理想模型，它在研究光與物質(zhì)相互作用的理論屮起著很重要作用。從概念上說，二能級原子與磁場屮自旋為丄的粒子屬于同一類粒子
3、，所以有時也稱它為自旋為丄的贋自旋粒子。22二能級原子與輻射場相互作用系統(tǒng)的哈密頓量為H=工》0)禺；孤+血2廣工Eg；+?)($++[)(1)kk輻射場的能量由波矢為2,頻率為??的無窮多模式的光子疊加而成。裸原子的能量由原子屣自旋算符的Z分量確定，原子與光場的相互作用哈密頓量可以表示為+aks++心++aks_)(2)k式中第一項反映原子由上態(tài)
4、+〉躍遷到下態(tài)I-〉，同時產(chǎn)生一個光子的相互作用過程，第二項表征原子由下態(tài)躍遷到上態(tài)同時吸收一個光子的相互作用過程，第三項對應(yīng)原子躍遷到上態(tài)并發(fā)射一個光子的過程，第四項則描述原子躍遷到下態(tài)同時吸收一個光子的
5、相互作用過程。若在(1)(2)式中略去不保持系統(tǒng)能量守恒的后兩項，則稱為旋波近似，此時系統(tǒng)的哈密頓量成為H=hco()s.+藝方?a；務(wù)+工勺(a；s_+?』+)(3)kk利用J?C模型可以揭示原子與光場相互作用過程中一系列重要的非經(jīng)典性質(zhì)，如原子布居反轉(zhuǎn)的崩塌與回復(fù)現(xiàn)象、原子與光場的壓縮效應(yīng)以及原子與光場的糾纏特性等。vonNeumann爛自動包含了量子系統(tǒng)密度矩陣的全部統(tǒng)計矩，它既可靈敏的度量量子態(tài)的純度以及原子與光場的關(guān)聯(lián)程度，又可充分展示系統(tǒng)動力學(xué)行為特征。一個量子系統(tǒng)VonNuemnan嫡的定義為：5(p)=-Tr(plnp)對于兩體量子系統(tǒng)
6、，有下面嫡不等式成立：+S(pB)]>S(p)>S(pA)-S(pB)這里pA和pB分別是子系統(tǒng)A和B的約化密度矩陣，p是復(fù)合系統(tǒng)的密度矩陣。當(dāng)且僅當(dāng)復(fù)合系統(tǒng)密度矩陣p能夠?qū)懗裳蚿B的直積時，不等式式的等號成立。Orszag等研究了J-C模型中原子vonNeumann的演化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)強和干場驅(qū)動的二能級原子的狀態(tài)在崩塌區(qū)域的某一時刻(即回復(fù)時刻)接近純態(tài)。Phoenix等利用vonNeumann嫡考察了J-C模型中原子與場的糾纏。Boukobza等進一步揭示了J-C模型中原子和場的糾纏與它們vonNeumann嫡交換間的關(guān)聯(lián)。在1990年Bana
7、cloche利用線性嫡得到了與Orszag相似的結(jié)論，所不同的是Banacloche僅討論了原子初態(tài)為純態(tài)的情形。原子與光場作用的性質(zhì)不但與環(huán)境有關(guān)，而且與原子模型和光場密切的關(guān)聯(lián)，不同的光場與原子作用將具有不同的非經(jīng)典性質(zhì)。Bekenstein等人給出了灰體輻射場的光子數(shù)分布，引起了人們對灰體輻射場的興趣?；殷w輻射場不同于和干場，它處于混合態(tài)，其無序度不僅依賴于腔體溫度，而且與腔體吸收系數(shù)。(0VGV1)有密切的關(guān)系。當(dāng)腔體的吸收系數(shù)a二1時，腔體稱為絕對黑體，黑體輻射場即為熱光場，其光子數(shù)分布僅由腔體溫度決定。所以灰體場的特殊點在于灰體輻射場不同于
8、相干場，它處于混合態(tài)，而由J?C模型描述的系統(tǒng)的演化規(guī)律依賴于系統(tǒng)的初態(tài)，因而二能級原子與灰體場相互作用過程中原子和光場線性嫡的交換規(guī)律值得深入探討。2006年，趙杰和郭紅研究了二能級原子與灰體場相互作用過程中原子和光場線性嫡的演化規(guī)律，本文將在其研究的基礎(chǔ)上研究二能級原子與灰體場和互作用過程中原子和光場線性嫡的交換規(guī)律，討論原子與光場線性嫡的振動周期與失諧量的關(guān)系，嫡交換量的振幅與入射光強度、腔體溫度及吸收系數(shù)的關(guān)系。關(guān)于此項研究尚未見報道。本文的關(guān)鍵問題是原子和光場線性嫡及其交換量的理論推導(dǎo)以及計算機模擬。2基礎(chǔ)理論簡介2.1密度算符和嫡考慮純態(tài)情
9、況，純態(tài)“⑴〉可以由系統(tǒng)任一物理量的本征態(tài)矢
10、冷〉的疊加態(tài)來表示”(/)〉=工c,@)
11、血〉n
