应用量子理论深入研究如何控制激光场驱动下双原子(二能级和多能级原子)体系的辐射性质及其可能的应用。探讨改变原子周围真空辐射场性质对激光场驱动下双原子体系集合辐射特性的影响,揭示通过控制原子自发发射速率、偶极-偶极相互作用强度以及自发发射诱导的量子干涉效应来控制双原子体系辐射性质的机制;提出制备双原子纠缠态的有效方案,研究双原子纠缠程度与原子所辐射荧光光场某种量子特征量之间的联系,提出实验上易于实现的测量双原子纠缠度的方案;探讨改变激光场间相对相位和激光场噪声对激光场驱动下两个多能级原子的辐射特征周期的影响,寻求探测原子间偶极-偶极相互作用强度的方案。本项目的完成将深化对激光场作用下双原子体系辐射性质控制的研究,并促进这些控制方案在量子信息科学、非经典光场的制备以及激光光谱学的一些实际应用的发展。
激光场驱动下双原子体系具有比单原子体系丰富得多的物理性质,如纠缠等。本项研究应用量子理论深入研究了如何控制激光场驱动下双原子体系的辐射性质及其可能应用。研究了三维光子晶体中由低频强激光场驱动的二能级原子的自发发射性质,发现原子自发发射光谱出现极窄线宽的谱线和单模发射谱线,使得原子展现自发发射呈现极其缓慢的衰变;在Lamb-Dicke极限下,研究了被囚禁于光腔中的两个和多个原子体系中的运动动力学性质,发现通过选择多个脉冲相干光场的频率、相位和振幅,两个原子和多个原子的振动量子将演化到稳定的双(多)模高斯纠缠纯态;研究了处于对称的理想金属包层介质波导中的激发态原子所辐射光束的古斯汉欣位移效应对原子自发辐射性质的影响,指出了正或负的古斯汉欣位移对原子自发发射性质的控制;通过研究随机场作用下两个原子的纠缠性质发现,当光场的关联时间远小于原子自发发射寿命时,两原子可演化到稳定的纠缠态;在二能级集合原子的四波混频体系中,我们发现与独立二能级原子体系相比,集合原子体系中的四波混频过程会由于原子间的合作效应,导致光场的纠缠程度可大大提高,光场的强度可大大加强。这些结果具有重要的理论和实际意义。