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量子光学是量子力学和光学的交叉学科,是近代物理学中的一个非常重要的学科。近些年,在量子光学的研究中,环形能级的研究吸引了不少科研工作者的注意。在物质世界里,环形系统是很常见的,只要考虑的势场不是对称的,就不会存在偶极禁跃的限制,任意的三能级就成了环形系统:比如手性分子,有非对称势的人工原子；宇称守恒的系统中,三能级中,禁跃能级间通过微波等方式达到布局转移,也形成了环形三能级,当一对宇称不相同的能级对两两之间跃迁,则形成环形四能级,一般原子中就存在。从单光子源的制备到激光的生成,从信息的传输到信息的存储,从量子态的相干纠缠到系统环境的冷却等等,都与环形系统相关,其中有一重要作用就是:利用环形能级实现参量转换进而实现量子分束器和压缩算符的制备。
压缩算符可对任意态进行压缩,制备成压缩态。压缩态将在未来的通信领域发挥极其重要的作用。压缩态可以是最小不确定态,同时它的某个正交分量的噪声涨落是可控的,小于相干态的值,几乎可以任意小,当把它作为信息的载体时,这个方向上的信噪比将会很小很小,以满足人们对信号高质量的需求。因此,我们对压缩态进行了简单的介绍,比如单模压缩态,双模压缩态,多模压缩态,他们的正交分量,反聚束效应,制备和探测等等。虽然经典分束器很容易实现,然在将来量子器件集成的道路上,由于经典分束器受量子极限的限制,量子分束器可以找到它的一席之地。本文的主要内容就是介绍简单环形系统的性质和作用,详细介绍光学压缩态的性质,一些制备方案以及量子分束器的制备方案。详细如下:
第一章:介绍环形能级的性质和作用:比如环形能级的布局转移,手性分子的分离,双模腔与环形三能级的作用以及SQUID系统中的环形三能级。
第二章:详细介绍了单模压缩态,双模压缩态的定义,性质及基于环形能级的制备方案。
第三章:介绍了量子分束器的经典理论和量子理论及制备方案。
第四章:对本文做出总结及展望。