介質(zhì)夾層空腔對激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射率影響的理論研究——光子的閉合軌道圖像.pdf

1、高激發(fā)Rydberg原子具有獨特的性質(zhì)，因而可作為研究輻射及場的敏感探針。如何獲得并保持原子的高激發(fā)態(tài)對于諸如原子芯片，光子晶體等新技術(shù)的探索和開發(fā)都是至關(guān)重要的。激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率決定了激發(fā)態(tài)的壽命，它是原子和輻射場的電磁場零點漲落之間相互作用的結(jié)果，即輻射場對原子的自發(fā)輻射率有增強或抑制作用；此外，由于原子和輻射場都受介質(zhì)空間構(gòu)型的影響，因此，不同構(gòu)型的介質(zhì)腔對處于其中的激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率均有顯著的調(diào)制效應(yīng)。 近年來

2、，隨著實驗技術(shù)的飛速進步和理論研究的蓬勃開展，激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率受介質(zhì)環(huán)境的調(diào)制已引起人們的廣泛關(guān)注。光子晶體熱潮的興起、微裝置捕陷作用以及應(yīng)用場操縱高激發(fā)態(tài)原子的研究都極大地推動了對激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率受環(huán)境調(diào)制問題的研究。 在本課題中，我們采用微腔量子電動力學(xué)的公式計算介質(zhì)夾層空腔內(nèi)激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率。分別研究了對稱型和非對稱型介質(zhì)夾層空腔對激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率的調(diào)制。主要完成了以下幾個方面的工作： (1

3、)首先基于原子的電子場進行二次量子化，結(jié)合邊界條件，對電磁場進行量子化得到腔量子電動力學(xué)，進而給出計算介質(zhì)夾層空腔內(nèi)原子的自發(fā)輻射率公式。 (2)計算了對稱式空腔內(nèi)高激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率，用閉合軌道理論的標(biāo)準(zhǔn)方法對標(biāo)度的自發(fā)輻射率做傅立葉變換，抽取特征頻率并與光子的經(jīng)典軌跡相對應(yīng)。 (3)計算非對稱空腔內(nèi)激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率，同樣做振蕩譜的傅立葉變換以抽取特征頻率。并與對稱式空腔內(nèi)激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率相比較，分析界

4、面對原子自發(fā)輻射率的影響。 論文共分為五章。第一章為綜述，主要從總體上介紹了關(guān)于激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射研究的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，對腔量子電動力學(xué)做了簡要的敘述，同時介紹閉合軌道理論的特點及研究現(xiàn)狀。第二章介紹了介質(zhì)腔內(nèi)的電磁場。對電磁場進行量子化得到腔量子電動力學(xué)，導(dǎo)出介質(zhì)夾層空腔內(nèi)的原子的自發(fā)輻射率公式。第三章計算了對稱式空腔內(nèi)激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射率；引進標(biāo)度變量，應(yīng)用類似于回歸譜的標(biāo)準(zhǔn)方法對擬周期的自發(fā)輻射率做傅立葉變換，抽取特征頻率

5、，與光子的閉合軌道相對應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)介質(zhì)夾層空腔的自發(fā)輻射性質(zhì)可以用光子的閉合軌道來解釋：由于介質(zhì)界面的影響，輻射出的光子經(jīng)界面一次或多次反射后返回到輻射原子上，并與出射的光子相干，導(dǎo)致輻射率呈現(xiàn)擬周期的阻尼振蕩；同時觀測到了預(yù)期的由于多次經(jīng)由界面反射而形成的高頻光子軌道。在第四章中，為了與介質(zhì)對腔對稱配置情況作比較，計算了非對稱介質(zhì)夾層空腔內(nèi)的激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率。根據(jù)對稱和非對稱型介質(zhì)夾層空腔對原子的自發(fā)輻射率的不同調(diào)制，分析了界面