位相相干控制原子隧穿

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随着科技的日益发展,人们的研究层面已经深入到了微观领域,如利用激光技术冷却和囚禁原子。随着激光整形技术的发展,利用各种整形激光来操控原子的量子输运已成为可能。有关操控冷原子的研究主要是集中在单驱动双阱系统和双驱动双阱系统并且得到了很多有趣的物理实验现象,比如隧穿相干破坏,混沌辅助隧穿,多光子共振等。但是有关双驱动频率之间是倍数关系,它们之间的位相发生相干时对双阱中粒子隧穿的影响研究极少,本论文是研究双驱动频率之间是倍数关系,其位相发生相干时对双阱中粒子隧穿的影响。本论文的内容分为四童。  第一章为绪论部分,主要介绍了原子的冷却与囚禁、周期双驱动系统的两模近似、Floquet理论以及量子NOON态。  在第二章中,我们考虑一个耦合和偏置都有含时驱动的双阱两粒子系统,且耦合驱动频率是偏置驱动频率的奇偶倍,从位相上来说它们之间的位相发生奇偶相干,相互作用为弱相互作用。我们在高频近似下得到了布居不变的Floquet态和准能谱,由Floquet态的相干叠加得到了非Floquet态的解析解。我们讨论了耦合驱动与偏置驱动间的位相发生奇偶相干时对准能量的影响,当其位相关系为奇数相干时,准能谱是偏置驱动参数和相互作用强度的函数,在零阶贝塞尔函数的零点处发生坍塌;当为偶数相干时,准能谱的交叉点不再发生在贝塞尔函数的零点处,而是与偏置项系数有关,我们可以通过调节与偏置项有关的两个系数的大小来调节能谱的坍塌点。在非Floquet态的情况下,我们同样讨论了它们之间的位相发生奇偶相干时对原子隧穿的影响,当它们之间的位相发生奇数相干时,我们可以通过调节初始条件来制备不同的单态、NOON态,这时,粒子在阱中的几率将不随时间变化而发生变化,隧穿发生破坏;当它们之间的位相发生偶数相干时,粒子在双阱中发生隧穿,其几率是驱动参数和相互作用强度的函数随时间变化而变化,这些结果我们从数值上进行了验证并且他们符合的很好。根据耦合驱动与偏置驱动间的位相奇偶相干时对量子隧穿的影响,我们设计了粒子对的隧穿和隧穿到不同准NOON态的开关,我们的研究方案给量子隧穿开关带来了更方便的操作。  第三章,我们研究了一个双驱动双阱多粒子系统,根据粒子的升降算符和角动量算符的关系,我们把哈密顿算符用角动量算符表示,把哈密顿量分为微扰项和非微扰项。我们得到了非微扰系统的Floquet准能量和Floquet态,并以Floquet态为基矢得到了叠加形式的零级解。对于一级微扰方程,我们利用零级解求得了它的精确解,展示了从由零级解描述的任意初态跃迁到由一级解描述的两相邻末态的跃迁几率。这里不同的态对应于双阱中不同的粒子分布,不同态之间的跃迁等价于不同形式的量子隧穿。同时在高频近似下获得了Floquet准能量的一级修正,并得到Floquet能谱图。此外,我们讨论了耦合强度和相互作用强度的竞争关系、耦合驱动频率与偏置驱动频率的倍数关系对准能量谱的影响,揭示了耦合驱动频率与偏置驱动频率之间的位相奇偶相干时对粒子从任意初态隧穿到两相邻末态的影响。发现当该倍数是偶数时,隧穿以一定几率发生;而当该倍数为奇数时,隧穿被相干破坏。  第四章,对本文的工作进行了总结与归纳,并对处于激光场中原子隧穿的相干操控这一研究领域的发展前景作了简要的展望。
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