T-C模型的多稳态和Dicke相变

本文用相干态变分法研究了旋波近似下单模光腔中两个二能级原子多稳态和Dikce相变。首先我们得到系统的本征态和本征能量,并通过变分求解不同的光子数解和边界条件。通过调节参数,多重稳定态等丰富相图被呈现,系统除了正常相到超辐射相的量子相变,还出现一组分原子反转的正常态到受激辐射态的相变,而两组分原子都反转的正常态在全空间稳定存在。

多光子跃迁下Rabi模型的量子相变

Rabi模型一直是近年来研究的热点,本文研究该模型在多光子跃迁下的量子相变及多稳态。通过自旋相干态变分法等效的赝自旋哈密顿量被对角化并解得了系统的能量泛函表达式,同时根据变分结果求得光子数解的情形和临界值,最后给出基于光子数解和系统稳定性相图。本文主要给出了单光子、两光子和多光子跃迁对Rabi模型量子态、多稳性和量子相变的影响。该结果有助于实验上通过调控腔频来诱导有趣的量子相变。

非线性相互作用诱导下光腔中超冷原子的新奇量子相变

Dicke模型是描述N个二能级原子与单模腔场集体耦合的系统。本文在标准Dicke模型的基础上引入原子-光非线性相互作用,使用自旋相干态变分方法从理论上给出基态能量泛函,并且在实验参数下通过可调的非线性原子-光相互作用给出了宏观多粒子量子态的丰富结构。本文主要呈现出蓝失谐和红失谐下原子数反转态、双稳的正常相、共存的正常-超辐射相等丰富的基态特性。

两模光机械系统中超冷原子的量子相变

Dicke模型(DM)用于描述单模玻色光场与多个全同二能级原子相互作用。本文利用自旋相干态变分法得到两模光机械系统中基态能量的精确解,并通过变分法求得相变点并画出基态相图,并在此基础上研究原子-场耦合强度等系统参数对基态稳定性的影响。通过稳定性讨论,我们发现:原子-光子耦合常数g和光子-声子耦合常量ζ都会对光机械系统的基态特性产生影响。当双模光腔变成单模光腔时,机械振子能诱导超辐射相的塌缩;而且当光子-声子耦合强度大时,超辐射相被完全压制,而直接出现两原子能级之间的转移;存在不稳定的非零光子态,类似于超辐射态。光机械腔中光子-声子耦合诱导的超辐射态的塌缩和复苏是不同于光腔内囚禁的BEC系统,即机械振子不存在时的情况,而双模光腔对量子相变点和相图预期也会有影响。可见,分析机械振子的对多稳性和相关的量子相变的影响是非常有意义的课题。

场的电效应和磁效应诱导的量子相变

Dicke模型中的量子相变近年来引起了人们很多的关注,而且在量子信息中有着非常重要的应用。Dicke模型研究N个二能级原子与单模电磁场相互作用,在电偶极近似下存在由正常相到超辐射相的二阶量子相变。本文运用自旋相干态（SCS）变分法不仅考虑了场的电效应而且考虑磁效应所引起的量子相变,理论上发现了该系统中不仅存在Dicke模型中的二级量子相变而且还出现一级量子相变。在实验上,我们可以通过测量平均光子数或原子布居数来验证此类量子相变的发生。

原子-原子相互作用影响下Dicke模型的量子相变

原子与光腔相互作用的动力学特性的研究一直是量子光学研究的热点,本文利用自旋相干态变换和基态变分法从理论上求解光腔中冷原子系统的基态能量表达式,并且给出丰富的基态相图。在正常相时给出基态能量稳定值的解析解;而超辐射相时,我们可以利用迭代的方法近似得到原子布居数、平均光子数和基态能量随原子-场耦合强度的变化。本文主要呈现出原子-原子相互作用强度改变正常相到超辐射相的量子相变点,且是一阶相变,但未出现新的量子相和量子相变。

光力腔中超冷原子的超辐射相塌缩

基于Dicke量子相变实验,我们通过调控双腔耦合强度和机械振子声子-光子相互作用研究了双腔光力系统中玻色爱因斯坦凝聚体的多重稳定宏观量子态。本文用自旋相干态变分法从理论上给出双腔光力系统的基态能量泛函,并通过调节双腔耦合强度和机械振子声子-光子相互作用给出了宏观多粒子量子态的丰富结构。在共振情形下,系统不仅存在正常相到超辐射相的量子相变,而且双腔耦合强度和机械振子声子-光子相互作用都能诱导超辐射相的塌缩,而且当机械振子声子-光子相互作用增大到一定值时系统还会出现正常相到原子布局数反转态的正常相的新的量子相变。