一、量子化电磁场中的非经典电子波包:电子与光子的纠缠(论文文献综述)
种诗尧[1](2021)在《多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌-复苏与能级-路径纠缠效应》文中指出光与物质的相互作用是物理学中十分重要的一大主题。Jaynes-Cummings模型是描述光与物质相互作用的最重要的模型之一,它描述了单模量子化电磁场与二能级原子的相互作用,在旋转波近似下精确可解,是量子光学中最简单但又能给出非平凡结果的模型,具有许多半经典模型所不能预言的性质,例如量子真空Rabi振荡、原子布居反转的量子崩塌与复苏效应等等。量子崩塌与复苏效应是Jaynes-Cummings模型中具有代表性的性质,与半经典模型只能预言布居反转的崩塌不同,复苏效应直接体现了参与相互作用的光场的量子性。在第三章中,我们研究Jaynes-Cummings模型的多光子跃迁情形,分析其与粒子物理中的超对称具有相似性的李代数结构,超对称是关于费米子与玻色子的对称性,我们由此定义了光与原子相互作用的玻色型和费米型量子态。当哈密顿量中的频率失谐为零时,这两种量子态拥有相同的能量本征值,此时,多光子Jaynes-Cummings模型的哈密顿量在超对称变换下保持不变。虽然粒子物理的超对称迄今为止并没有被发现,但超对称作为一个理论框架,作为一种优雅的数学结构,在量子光学领域,它存在的踪迹也能呈现。在第四章中,我们利用几率幅和缀饰态两种方法求解了多光子Jaynes-Cummings模型,研究了在不同光场量子态驱动下的原子布居数反转随时间的演化特性。分析了在不同情形下,原子布居反转出现或者不出现量子崩塌与复苏效应的原因。我们还发现,在满足特定条件的情形下,量子崩塌与复苏效应可以长时间存在。我们分析了三种不同条件情形之下,量子崩塌与复苏效应长时间存在的原因。简述了多光子量子崩塌与复苏效应在量子计算与量子信息领域潜在的应用价值。在第五章中,我们将多光子Jaynes-Cummings模型拓展到原子运动情形,运动原子与光场相互作用会诱导产生一个等效的非阿贝尔规范矢量势,在这一等效规范矢量势的作用下,原子内部能级与整体质心的运动轨迹纠缠在了一起,原本只在时域出现的量子崩塌与复苏效应可以在原子运动轨迹的空间域上出现。此外,我们还从最小作用量原理出发,推导出了一般电磁场的能量-动量张量及自旋流密度张量的表达式,计算了金属与介质界面、Partity-time对称界面、磁共振介质界面上表面等离极化激元的自旋流密度,并阐述其潜在的纳米力学效应。随着量子光学与冷原子物理实验技术的不断发展,前人预言的各种量子光学效应大多在实验上得到了验证。因此研究人员需要提出一些更精细的效应,本文所研究的多光子及长时间量子崩塌与复苏效应以及在诱导出的等效非阿贝尔作用势下,原子的能级-路径纠缠效应正是这样的量子光学精细效应。我们之所以提出和研究这些精细效应,一方面是可以提供对理论原理和实验手段之间的彼此检验,另一方面为设计光量子器件提供新的原理机制。
罗娜娜[2](2021)在《微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究》文中研究说明高品质、高效率的单光子源是实现量子信息通信技术的核心部件。半导体量子点有着“人造原子”的别称,具有高量子效率、高亮度、易于集成等优点从而成为制备单光子源的理想固态系统。受腔量子电动力学的影响,与腔耦合的半导体量子点单光子源的各项性能更是得到大幅度提升。本文以制备高效率的微腔耦合量子点单光子源为目标,计算分析了量子点能级结构,讨论了量子点的跃迁机制并基于腔量子电动力学得到了高效率半导体量子点单光子源的最优结果。本课题的主要研究内容如下:1、采用有效质量近似,基于薛定谔方程对AlxGa1-xAs/GaAs柱形量子点进行能级和跃迁分析。根据波函数在边界条件连续最终得到纵向和径向的电子和空穴本征能量的表达式。结果表明,量子点尺寸越小,周围AlxGa1-xAs材料铝组分越大,量子点能级越分立。本论文还提出可以用不同的钝化材料替换径向上的AlxGa1-xAs,利用钝化材料的良好绝缘性来消除柱形量子点的表面散射,从理论上计算了不同钝化材料对量子点能级的影响,并得到了无限深势阱下GaAs量子点横向尺寸小于7.35 nm。最后讨论了量子点中载流子在分立能级上跃迁发光的机制。这对制备高质量的量子点单光子源提供了理论指导。2、基于腔量子电动力学,考虑纯消相过程和腔内外损耗比,计算了任意失谐单模腔耦合的量子点单光子源的效率。结果表明:在失谐系统中存在一个最佳的内外腔损耗比以使单光子源的效率最大化;在适当的内外腔损耗比范围内,纯消相可以提高器件的效率。进一步研究了效率与温度的关系,发现通过适当的设计,高温下的效率可以高于低温下的效率。这对制备高效单光子源提供了重要的理论依据。
娄彦博[3](2021)在《基于原子系综四波混频过程实现量子信息协议》文中研究指明量子信息科学是一门充满活力的新兴领域,它通过将信息科学技术与量子力学基础理论相结合,利用量子系统独特的属性如:量子叠加、量子不可克隆、量子纠缠等,来进行量子信息的处理。自这个学科诞生以来,很多量子信息协议相继被提出,例如:量子密钥分发,量子隐形传态,量子密集编码等。这些量子信息协议利用量子态进行信息的传递和交换,在运算速度、信息安全、通道容量和探测精度等方面展现出了超越经典信息系统的潜力。近年来,许多量子信息协议已获得实验证实,并开始向着远距离、大容量、高安全性的实用化目标发展。实现量子信息协议的量子系统可以分为分离变量和连续变量两大类。分离变量的本征态具有分离谱结构,连续变量的本征态具有连续谱结构。在分离变量系统中远距离、大容量、高安全性的量子通信已经完成了初步的实验验证。连续变量量子信息系统在此方向的发展相对滞后,但由于连续变量系统具有确定性的制备和转换量子态的优势,近年来引起了较广泛的研究兴趣。本文围绕实用化的量子通信目标,用铷原子系综四波混频过程产生的连续变量量子光源,开展了量子信息协议的实验,得到了以下成果:1、在实验上利用轨道角动量复用的连续变量纠缠态,结合全光学量子隐形传态协议,实现了并行9通道的确定性多模式量子隐形传态。首先,通过四波混频的空间多模性,在一系列正交的轨道角动量模式上产生并行11组连续变量纠缠。然后利用轨道角动量模式匹配的参量放大器实现了多模式量子态转换。最后,在实验上完成了多模量子隐形传态的验证。2、在实验上利用增益可调参量放大器、分束器和纠缠源构建了一个多功能全光学量子态转换机。通过该全光学量子态转换机实验实现了部分无实体的量子态转换协议,该协议可以连接全光量子隐形传态协议和最优1→N相干态量子克隆协议。因此,这三种具有不同物理本质和功能的协议可以在同一个全光系统中实现。特别是,我们在实验上证明了在相同纠缠强度下,与全光量子隐形传态相比,部分无实体的量子态转换协议可以有效提高态转换保真度。3、在实验上利用基于四波混频过程的参量放大器和光学分束器网络构建了连续变量量子克隆机。通过该克隆机实验实现了连续变量最优N→M相干态量子克隆,并证明了初始态数量的增多和克隆副本数量的降低可以有效提升克隆的保真度。4、在实验上利用基于原子系综四波混频过程的参量放大器构建了一个低噪声相敏放大器,实现了低噪声纠缠光束的强度放大。与常规的相位不敏感放大器相比,相敏放大器在引入相同噪声的情况下可以更好地放大纠缠。因此,该方案可用于在损耗通道中恢复纠缠态的强度信息,对连续变量量子态的远距离传输有着潜在应用。
白国栋[4](2020)在《基于数字编码超表面的物理现象表征及信息系统拓展》文中研究指明材料形式的丰富增添了人们对物理世界操纵的自由度。超材料的出现不仅使科学界对电磁参数的认识加深了一个层次,并且由于超材料单元本身具有强大的电谐振和磁谐振,非常便于电磁现象的调控以及装置设备的研发,从而有效地促进了电磁相关领域的发展。超表面是由亚波长尺寸的超材料结构在二维方向上延拓而形成的平面阵列,它在媒质交界面上引入突变的电磁响应,进而对空间波或者表面波灵活调控,由此激发了一系列轻便超薄的电磁波控制装置。因为这种在交界面上提供突变量的思想适用于诸多涉及边界条件的问题,超表面技术很快吸引了全世界科研人员的关注。数字编码超表面是将超表面所控制的物理现象与信息科学相结合的新兴研究领域,旨在探索以下两方面的内容:一、如何利用简明的超表面数字编码序列来控制电磁波,实现新奇的物理装置;二、如何将这种超薄且功能强大的电磁波控制系统与信息处理系统有机结合,丰富或简化现有的信息处理系统。本文以数字编码超表面为研究对象,围绕以上两个主题,从理论和实际应用角度出发,详尽地讨论了数字编码超表面对物理现象的表征以及信息系统的扩展。主要研究内容和贡献概括如下:1)多任务共享型数字编码超表面。编码超表面信息容量的增加可使其控制的物理功能更强大和多样化。本文通过对超表面单元几何尺寸的优化设计,实现了能同时工作在C、X和Ku波段的2比特编码超材料。其中,每个频段的控制参量均为不同的几何参数,所以不同频点之间的编码功能互不影响。基于此,只需要在各工作频点上设计独特的编码图样,即可得到多任务的电磁波控制装置。本文在C波段设计了幻觉装置,当雷达探测波打到铺设超表面的平板上时,反射的回波会显示成一个阶梯状物体的散射图样;在X波段设计了隐身装置,得到了-10d B的雷达散射截面(RCS)缩减功能;在Ku频段设计了涡旋波产生装置。本工作利用单层PCB板进行加工,具有很强的可兼容性。2)声电共用型编码超表面。声电共用型编码超表面可同时对声波和电磁波执行多波束生成、波束操纵和赋形、异常反射等操作,也可用来缩减目标物体的RCS以及声呐散射截面。声电共用型编码单元的基本结构为铝制的Helmholtz谐振器,通过调整谐振单元的几何参数,可同时对声场与电磁场的反射相位进行调控,形成高比特的多物理场编码态。本工作基于单一材料设计,结构简单、易于加工,并且能够实现高比特编码状态。基于此类编码超材料的设备可用作声纳阵列与电磁天线阵列的联合,在一些特定场景的安全检测和目标搜索具有一定的应用前景。3)编码超表面对Aharonov-Bohm(AB)效应的模拟。AB效应是量子力学里面非常重要的效应之一,其描述的是电子在运动空间中,不管电磁场存在与否,其波函数相位(也叫AB相位)都将受到电磁势的作用。AB效应的提出使人们对量子力学中的相位分量开始重视。AB相位是一种特殊的几何相位,该相位正比于电子路径所包围的等效磁通。本文阐述了如何用超材料单元来模拟AB效应,并得到了类似的几何相位。此外,本工作将这种几何相位与Pancharatnam-Berry(PB)相位相结合,打破了几何相位的共轭限制,由此可产生任意线性极化及椭圆极化的相位,打破光学模拟的自旋霍尔效应的对称限制、以及自旋转轨道角动量装置中拓扑电荷的共轭限制。本文给量子效应的超材料模拟提供了新的思路和可行性平台。4)基于经典编码超表面对于量子信息的模拟。数字编码超表面属于物理与信息科学相融合的新兴方向。区别于传统电路的逻辑信息,超材料比特基于波与单元的相互作用,可利用电磁波的多个自由度。然而,数字编码超材料能在多大程度上扩展信息的表征能力目前还没有定论。本文论证了经典的超表面具有表征类似量子比特和量子信息的能力,揭示了超材料原子可以模拟二能级自旋系统,并且构建任意自旋的叠加态。本文还提出利用不可分离的几何相位可诱导出经典纠缠,并得到了实现最大纠缠的条件。本研究扩展了编码超表面的信息表示范围,为量子信息的经典模拟提供了新方法。5)基于编码超表面的新型通信体制的原型搭建。本研究展示了一款基于可编程数字超材料的直接辐射无线通信系统的原型机。本通信系统通过区别复杂的远场辐射图样,利用可分辨的远场方向图及其编码序列之间的映射关系来表征信息,并进行数字通信。当所有可用远场辐射图的编码状态建立之后,所传递的信息即可用其来表征,并被加载到可编程超材料上面。在馈源天线的激励下,数字编码超表面的远场辐射图样实时切换,并被位于远场区多个位置的接收天线接收并汇总,最后通过接收到的辐射图样与编码序列之间的映射重构出所发送的信息。本通信系统省去了传统通信系统中的数模转换以及混频模块,大大简化了通信系统的复杂度,降低了成本。除此之外,本系统具备物理层面的保密属性,具有自适应、自我感知等能力。
孙熙美[5](2020)在《光与物质相互作用系统中的极化子图像及应用》文中进行了进一步梳理近几年,随着超导量子电路实验技术突飞猛进的发展,使得人们实现了光(单模光场或量子谐振子)与物质(量子比特或人造原子)之间的超强耦合(耦合强度和原子频率或光场频率处于同一数量级),甚至是深强耦合,这两种耦合强度远远超越了传统意义下的腔量子电动力学的限制,而Niemczyk课题组的实验更是表明:当单模光场与量子比特之间实现超强耦合时,之前被人们广泛应用的旋波近似下的J-C模型将会失效,量子光场与二能级原子之间的相互作用应该用量子Rabi模型来描述。因此,完整的量子Rabi模型及其推广模型的进一步研究有了重要意义。本文主要是利用极化子图像并使用变分法计算了两量子比特Rabi模型及其相关模型,并发现了一些光和物质相互作用时的新颖物理现象。具体可分为以下步骤:首先,我们通过介绍光与原子相互作用的理论与实验发展史,引出了量子Rabi模型现有的理论研究结果。接着又回顾了有关量子Rabi模型以及两比特量子Rabi模型部分已有的研究方法及结果。第三章主要通过介绍已有的解决两比特量子Rabi模型的方法的适用条件,引出了需要解决的问题,进而介绍了如何应用极化图像并使用变分法求解两量子比特的Rabi模型。计算结果表明,我们的方法可以在整个耦合范围内得到该模型的基态能量,并且对其它参数的取值也没有限制。同时,我们还发现了一个单比特量子Rabi模型中没有的现象:随着耦合强度的增加,该模型的基态会从四极化态向两极化态渡越,并且隧穿频率对该行为的发生有限制作用。第四章我们应用极化子图像变分求解了量子Rabi-Stark模型,得到了该模型的基态能量和其它可观测物理量。接着又介绍了该模型在γ=±ω时(光场频率和非线性耦合频率相等时)的能谱塌缩行为,我们发现极化子图像可以对该行为给出一个较好的解释。最后,我们还介绍了双光子Rabi模型中的能谱塌缩行为,并比较了这两个模型发生能谱塌缩的原因,发现其根本原因都是非线性项在能谱塌缩点使得两模型中的势阱变得平坦,从而原子在两势阱间隧穿时都不需要耗费能量,因而所有能谱塌缩于同一点。第五章我们介绍了量子Rabi-Stark模型中的冯诺依曼熵,我们发现该模型会发生类似Rabi模型中的二级相变,并且光场与原子之间的耦合强度对系统基态的冯诺依曼熵的增加有抑制作用,而在该模型发生能谱塌缩行为时,体系的冯诺依曼熵会突然降为零。这为我们后续研究纠缠与相变之间的关系提供了一定的机会。最后,我们对本文的工作内容进行了总结,并且对未来的工作做出了展望。
何沛伦[6](2020)在《超短激光脉冲作用下的光电离理论研究》文中研究指明激光技术的发展不仅使得激光的光强不断增加,还使得它的脉冲宽度不断减小。超强激光可以在单个光学周期内将电子的运动加速到接近光速,为人类探索极端条件下的基本物理规律提供了条件;超快激光则可以分辨极短时间尺度上带电粒子的运动,为人类带来了捕捉微观世界动力学过程的超快摄像机。本文主要研究激光与简单原子、分子、自由电子的相互作用,其主要内容包括:第一,我们研究了红外激光场中的光电子动量分布。利用Lippmann-Schwinger方程,我们发展了运用Green函数的数值技巧。通过第一性原理计算,我们系统地研究了原子与分子电离的光电子动量分布,并将分布偏角的非单调变化与电离时刻的涨落联系在一起。利用强场隧穿电离对电场强度指数依赖的特性,我们提出了一种表征阿秒激光脉冲载波相位的方法。该方法对阿秒脉冲光强要求较低,并对光强平均效应和红外脉冲载波相位的不确定性具有鲁棒性。利用经典Monte Carlo轨迹模拟,我们揭示了强场直接电离电子的高能能谱增强具有经典力学起源,并发现了光电子初始相空间拓扑结构的变化对增强的影响。第二,我们研究了高频激光场中的电离现象。基于KramersHenneberger态的动力学,我们阐述了高频激光场中的电离稳定化,光强的非绝热变化耦合电离和电离动力学干涉的机制。我们指出,高频线偏振激光轴的绝热转动所产生的非阿贝尔几何学相位可以导致自旋反转。通过第一性原理计算,我们证明高频激光场中的单个原子可以产生杨氏双缝干涉并观察到了电荷共振增强电离。这些结果表明高频场中的原子具有与分子相似的性质,因此可以使用原子研究分子物理。同时,原子光电子动量分布的杨氏双缝干涉也意味着存在电离的绝热稳定化,这为实验的验证提供了新思路。第三,我们研究了光子携带的线动量和角动量在电离与解离过程中向靶系统的传递。研究表明,在双原子分子中,吸收光子的线动量在母核与光电子之间的分配存在杨氏双缝干涉。为了研究光电子动量转移的一般规律,我们构造了精确的非相对论情况非偶极Volkov波函数,并用它建立了对应的强场近似理论,并利用该理论研究了一般情况的光子动量分配规律,Coulomb势对分配的影响,以及光电子非偶极情况的非绝热隧穿初始条件。通过理论与实验的结合,我们研究了吸收的光子角动量所导致的原子核转动,并揭示了解离过程光子角动量传递的机理。第四,我们研究了极端相对论情况的量子电动力学。基于局部恒定场近似,我们将电子在强激光场中的辐射等效为瞬时的同步辐射过程。为了研究电子在双色场中的量子电动力学级联,我们发展了自旋分辨的准经典辐射阻尼模型。数值结果表明,可以在现有的激光条件下产生高度自旋极化的正电子束。最后,我们发展了强场量子电动力学的旋量-螺旋度方法,对有关的核心公式进行了阐述。该方法可以极大地简化极端相对论的跃迁振幅的计算,可以在未来的研究中起到重要的作用。
刘士炜[7](2020)在《激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究》文中研究指明自α粒子散射实验成功地揭示了“原子核式结构”以来,粒子碰撞逐渐成为人类认识与探索物质运动规律、相互作用以及它们的内部结构的重要思想与主要途径之一。在原子分子物理学中,人们主要是通过粒子碰撞进而研究原子分子的电离以及激发等的性质;在凝聚态物理学中则主要是利用电子衍射,中子衍射以及X射线晶体衍射等手段来获取晶体等的内部状态;而在高能物理领域,粒子碰撞也是人们用来探索与发现基本粒子组成的重要工具。近年来随着激光技术的飞速发展,特别是从上世纪八十年代的啁啾脉冲放大技术的产生与发展使得激光场所对应的电场可以轻易地与原子核对电子的库仑作用相比拟,如此强的激光场将会对粒子碰撞产生巨大的影响。一方面激光场的存在将影响电子或其他粒子与原子碰撞电离的散射截面;另一方面在激光与原子分子等的相互作用中,激光场驱动电子再碰撞过程产生的高次谐波等现象促进了阿秒科学等的快速发展。此外,激光辅助的核反应过程也是当前研究的主要热点问题。随着实验技术上的不断推陈致新,越来越多的新奇的物理现象需要理论研究来解释与描述。然而以量子力学为基础的理论方法在涉及多个粒子相互作用的多体计算中寸步难行,从牛顿力学规律出发的经典轨道蒙特卡罗方法由于其自身特点在多体计算中也有着诸多不足。因此,发展更为完善的理论计算方法用以描述实验观测现象背后的物理机制已是当前研究的重中之重。本文着眼于建立与改进经典轨道蒙特卡罗方法,围绕粒子碰撞的电离问题进行了一系列的有趣探索。我们致力于研究激光场中电子与原子碰撞、正电子与原子碰撞、原子本身电离电子的再碰撞以及氘氚核子的碰撞过程中的一些现象,其主要内容包括:一、我们通过利用两个Gaussian波包之间的平均Coulomb势构建两个电子之间的等效的相互作用势,来建立自旋相关的经典轨道蒙特卡罗方法并用以研究自旋标记电子与氢原子的碰撞过程。我们将模型的数值结果与现有实验数据以及量子力学的基准计算进行比较。对于近阈值能量范围内的电子与氢原子散射系统,我们验证了模型的合理性并系统研究了包括电离截面、自旋不对称度、电子角分布以及电子之间的能量分配等的物理量的相关性质,讨论了有关这些物理量的自旋相关的有趣预测,并给出了相应的典型轨迹。我们还将模型应用于激光辅助的电子与原子的碰撞,并提出了对强度为1011W/cm2的激光场进行电离自旋不对称度的有趣操控。我们期望该方法可以为多电子原子中的多重电离以及自旋依赖的激光辅助电离提供直观而可行的理论基础。二、通过改进经典轨道蒙特卡罗方法来研究正电子与氢原子碰撞的碎裂动力学过程,该方法是在传统的经典轨道模型的基础上引入Heisenberg势的量子修正。我们通过数值计算来澄清先前实验与理论中对着名的Wannier阈值定律指数的争议,得到的结果与量子力学计算类似。我们提出了一种用以研究逃逸电子和正电子的角分布和能量分配的关联谱,来可视化逃逸粒子能量分配的高度不平衡方式并与电子-氢原子碰撞系统的均匀的能量共享方式形成鲜明对比。通过分析不同碎裂通道的正电子和电子空间分布的快照图,我们区分了碎裂过程中的前向散射和背向散射发生的不同机理,我们还研究了激光辅助的正电子与氢原子碰撞,结果表明即使使用峰值强度低至1011W/cm2的激光脉冲,也可以有效调制各种通道的转变。三、通过改进的经典轨道蒙特卡罗方法研究激光与锂原子相互作用的三重电离。我们获得了锂原子稳定的基态构型的壳层结构并模拟了激光强度在1013W/cm2至1017W/cm2范围内的锂的总电离概率。通过绘制电离后Li3+离子的动量分布图来详细描述了锂原子序列三重电离与非序列三重电离的差异。根据Dalitz图中映射的三电子能量分布来阐释非序列三重电离的三种类型的再碰撞机制并看到了存在清晰的代表(e,3e)电子关联的能量分配方式。四、我们建立了一种半经典方法来研究激光场对氘氚碰撞的聚变截面的影响。我们将氘氚碰撞相对运动Hamilton量区分为三个不同区域,并对不同的区域分别进行处理。首先利用经典轨道模拟方法获得激光场中氘氚碰撞过程的最小相对距离,并将其近似地看成氘氚碰撞Coulomb势垒隧穿的转变点,然后通过Wentzel-Kramers-Brillouin方法描述隧穿过程,最后通过隧穿率获得相应的聚变截面。我们的结果表明强激光场通过“平均抖动”效应增大原子核的碰撞能量而显着增强Coulomb势垒贯穿来有效地改善聚变截面的主要机制。在本文最后我们总结了全文的研究内容,并对经典轨道蒙特卡罗方法的深入应用做了展望。
雷长勇[8](2020)在《涡旋电子束的电磁特性及其与原子的相互作用》文中指出通常的电子束波函数是平面波。然而,2007年理论预言了涡旋电子束的存在,2010年该理论得到实验验证。涡旋电子束具有奇异的相位结构和量子化的轨道角动量,使得它与平面波电子束有很大不同。电子束在辐射物理、材料检测以及基础研究中有广泛的用途。因此,当涡旋电子束这种新型电子束一出现,就迅速吸引了这些领域的注意。涡旋电子束的一个潜在重要用途是利用拓扑电荷相反的两束涡旋电子束实现磁性材料的手性依赖的磁圆二色性探测,这种探测的空间分辨率有望达到纳米甚至原子尺度,然而其物理机制目前尚处在探索之中。早期的研究集中在非相对论的涡旋电子束,近年相对论涡旋电子束以及相对论涡旋电子波包的研究正在兴起。迄今为止,这些新的相对论涡旋态电子的电磁性质和辐射性质的研究尚未开展。针对这些问题,本论文开展了对相对论涡旋电子束电磁性质、相对论涡旋电子波包辐射性质的研究,以及对涡旋电子磁圆二色性物理机制的研究,取得了如下成果:一、提出了涡旋电子磁圆二色性的物理新机制。通常实验上利用电子束通过材料后的能量损耗光谱来探测材料结构。能量达几百ke V的涡旋电子束通过材料后的能量损耗超100e V,其引起材料内层电子的跃迁,自由电子的集体效应可以忽略,故涡旋电子束与材料的相互作用可视为其与原子的作用。以前关于涡旋电子束和原子的相互作用的研究(Phys.Rev.Lett.108,074802和Phys.Rev.A,86,023816)表明涡旋电子磁圆二色性难以产生。在本论文中,我们提出研究涡旋电子束和处于磁场中的原子的相互作用。由于角动量守恒,拓扑电荷相反的两束涡旋电子束激发的散射通道磁量子数相反。如果不考虑自旋轨道耦合,理论计算表明没有磁圆二色性;如果不考虑Zeeman效应,也没有磁圆二色性。我们发现在自旋轨道耦合和Zeeman效应的共同作用下,磁量子数差相反的两个散射通道的首末态联合占有几率幅不相等,从而使得这两个跃迁通道的跃迁几率不同,从而产生手性依赖的磁圆二色性。本论文所提出的涡旋电子磁圆二色性物理新机制,有望为实现磁性材料的手性探测提供理论指导,并促进涡旋电子束在材料探测方面的应用。二、研究了相对论涡旋电子束产生的电磁场及其特性。我们计算了相对论涡旋电子束的电磁场,发现这个电磁场包含两部分,一部分对应于非相对论涡旋电子束的电磁场,另一部分依赖于相对论涡旋电子束内禀的自旋轨道耦合效应。因此,进一步提出可以利用测量相对论涡旋电子束分别处于自旋向上和向下量子态的电磁场的差来检验相对论涡旋电子束自旋轨道耦合效应。三、发现了相对论涡旋电子波包因色散而辐射电磁场的机制。不同于涡旋电子束的波函数具有无限延展的空间分布,涡旋电子波包具有局域的空间分布。相对论涡旋电子波包由一系列的基模(如平面波或Bessel束)相干叠加而成,由于色散,在传播过程中不同基模间的干涉随时间改变,使得涡旋电子波包的电荷密度和电流密度会随时间改变,进而辐射电磁场。电荷密度和电流密度可以分解成稳态部分和时谐部分,稳态部分产生静电场和静磁场,时谐部分产生辐射场。远场分析表明它为磁偶极辐射。我们数值的计算了该辐射场,发现其强度与涡旋电子束的拓扑电荷成正向关,且依赖于自旋态。本论文所提出的色散辐射机制,是和已有的两大辐射机制(加速运动电子的韧致辐射和介质中匀速运动的电子的偏振辐射)不同的辐射机制。
于成鹏[9](2020)在《表面等离子体切伦科夫辐射源的理论研究》文中研究表明太赫兹科学技术在现代科技界和产业界占有越来越重要的地位,具有广泛的应用前景。为了推进太赫兹科学技术的进一步发展,急需填平“太赫兹空隙”,而表面等离子体切伦科夫辐射源(Surface Polariton Cherenkov Light Source,SPCLS)正是解决这一问题的有力途径之一,因为这种结合了电子学和光子学原理的新型辐射源,可产生太赫兹甚至更高频率的电磁辐射。为了推进SPCLS相关科学技术的发展,急需对它进行系统的理论研究,透彻地、定量地解释其中的物理机制。按照由浅入深、循序渐进的原则,从经典到量子、从现象到本质,本学位论文对SPCLS的理论研究从以下四个层面进行:场匹配方法、动力学理论、经典电子束的光子激发理论、电子束—光子相互作用的相对性理论。场匹配方法:基于电子束等效电荷、电流和麦克斯韦方程组,求解SPCLS的场分布,本学位论文导出了电子束以激励表面等离子体激元为中介,可产生相干、强度较高、由电子束速度调谐的切伦科夫辐射的结果。同时,本学位论文基于并矢格林函数这一有力的数学工具,大大简化了场匹配方法的数学结果,使这一理论可以更方便地推广到不同结构中去,并且更适合处理电子束做复杂运动的情况。动力学理论:在电磁理论的基础上,本学位论文进一步引入波尔兹曼方程来描述电子的运动,得到的动力学理论能够研究场匹配方法未涉及的、电磁场对电子束反作用的问题。动力学理论预言,当电子束的电子数密度足够大时,SPCLS的演化规律将偏离场匹配方法的预言,进入“强耦合”状态。此时,根据SPCLS系统参数的不同,电子束和电磁场有两种可能的相互作用状态,分别称为o状态和m状态。o状态下,电子束做周期性扰动,使输出信号增强;m状态下,电子束的运动速度单调下降,使输出信号频谱展宽。基于o状态,有望在强流电子束的应用场景下显着提高SPCLS的输出。经典电子束的光子激发理论:本学位论文进一步将电磁场看作光子,但仍将电子束看作经典电荷、电流场,基于“半量子”的耦合哈密顿量研究系统的演化。这一理论研究了动力学理论未涉及的、低密度电子束和电磁场相互作用的问题。研究发现,无论电子束的电子数密度取何值,当SPCLS受到激励时,输出信号的上升速度总比经典理论(场匹配方法和动力学理论)的预言更快。这在传感器设计方面有一定优势。同时,该理论由于考虑了电磁场的量子性,还能用于研究SPCLS输出信号的涨落规律。研究发现,SPCLS的输出信号中,存在一个源于电子束和表面等离子体激元的相互作用的激发态涨落。基于这一涨落,有望对SPCLS的输出做随机共振增强。电子束—光子相互作用的相对性理论:在量子化电磁场的基础上,本学位论文引入量子化的狄拉克旋量场来描述电子束,进而基于完全量子化的耦合哈密顿量来描述SPCLS的演化。这一理论研究了经典电子束的光子激发理论所不能研究的诸多物理效应,包括电子束的相对论效应、位置—动量不确定性、自旋等。该理论发现,当电子束的速度接近切伦科夫门限时,SPCLS的输出信号会受到不确定性原理的影响,强度显着削弱,但同时仍保持相干性和可调谐性。这一结果既解决了电子束速度越过切伦科夫门限时,SPCLS信号所面临的连续性悖论,又提供了一种测量切伦科夫辐射量子性的实验方案。当理论研究探讨到第四层面时,就能较为完备地描述SPCLS中的物理过程,揭示经典理论所无法解释的隐藏信息。以上四个层面的理论,作为一个整体,既可以从不同角度加深人们对SPCLS的认识,也可研究不同应用场合下基于SPCLS的系统。从广义上讲,SPCLS的理论就是电子束平行激发某种系统、通过系统的局域响应使电子能量转化为电磁能量的理论。上述物理现象在各类电子学和光子学器件中普遍存在,而SPCLS的理论是研究这些物理现象的有力工具。例如,SPCLS的理论可用于研究非对称SPCLS、基于拓扑绝缘体双曲超材料的反向切伦科夫源、电子束激发的自旋电子学太赫兹源,以及基于石墨烯量子切伦科夫效应的X射线源等,并且,能够正确预测这些辐射源的场分布和输出、阐明其中的物理过程。总之,SPCLS的理论研究实际上涵盖了一系列应用于不同场合、工作于不同频率的新型辐射源。
程守华[10](2019)在《量子场论的实在论研究》文中研究表明量子场论的实在论研究在国内属于空白领域。国际上近十年,量子场论的哲学研究逐渐如火如荼,集中在实在论和反实在论在微扰论的重正化技巧的哲学解释上,解决发散困难的多种理论构造上的竞争关系,定域性和非定域性的关系上。本文就以上几方面撰写了量子场论的发展简史、概念体系和数学形式以及实在论和反实在论的历史传统带来的哲学见解,进而构筑语境实在论的量子场论哲学。并创新性的提出模态实在和结构实在融合基础上的跨语境共享共生实在论。论文运用了逻辑方法、实验证实方法和语境方法。绪论介绍了国际上量子场论实在论的研究状况。主要就关系实在论、要素实在论、实体实在论、结构实在论和语义研究的特征进行综述。并简介了数学和经验之间的多样化层次性的冲突。第一章就发散困难引起的非充分决定性论题进行语境实在论的解释,指出次论题的本质是数学和经验的关系问题。第三章,继续第二章的数学和经验之间的表征关系指出,定域性难题,数学表征物理研究对象的表征是根本难题。第四章,运用模态逻辑和模糊模态逻辑指出物理世界的动态性。第五章,指出量子拓扑场论是对定域性和非定域性难题的多样数学进路的统一,第六章给出跨语境的实在论解释。结束语提出跨语境共享共生实在论,为人机共生、人机交互技术和新材料的研发提供了哲学理论解释。为实在论提出一元论的辩护。本文的理论创新是,首次提出跨语境共享共生实在论,给出物质和意识统一的数学统一和逻辑统一表述。方法论创新:全面移植语境方法论到量子场论的实在论研究中。社会科学技术应用价值创新:为当今的量子计算机的设计新材料的量子计算的数学计算指出新的出路。
二、量子化电磁场中的非经典电子波包:电子与光子的纠缠(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、量子化电磁场中的非经典电子波包:电子与光子的纠缠(论文提纲范文)
(1)多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌-复苏与能级-路径纠缠效应(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1.绪论 |
1.1 有关Jaynes-Cummings模型的理论研究进展 |
1.2 实现Jaynes-Cummings模型的实验系统 |
1.2.1 腔量子电动力学系统 |
1.2.2 超导电路量子电动力学系统 |
1.2.3 囚禁离子系统 |
1.3 本论文的主要内容和创新点 |
2.电磁场与物质的相互作用的基本理论 |
2.1 电磁场与原子相互作用的半经典理论 |
2.2 电磁场与原子相互作用的全量子理论 |
2.2.1 单模电磁场与二能级原子相互作用的全量子模型 |
2.2.2 相干态驱动下的量子崩塌与复苏效应 |
2.3 本章小结 |
3.多光子Jaynes-Cummings模型及其超对称性 |
3.1 超对称概述 |
3.2 多光子Jaynes-Cummings模型的引入及其超对称性 |
3.3 多光子Jaynes-Cummings模型的物理实现 |
3.4 本章小结 |
4.多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌与复苏效应 |
4.1 多光子Jaynes-Cummings模型的求解 |
4.1.1 几率幅方法 |
4.1.2 缀饰态方法 |
4.2 相干态驱动下多光子Jaynes-Cummings模型的时间演化特性 |
4.3 双光子Jaynes-Cummings模型中的长时间量子崩塌-复苏效应 |
4.4 少光子数相干态驱动的失谐情形下的量子崩塌-复苏效应 |
4.5 亚泊松分布光场驱动的长时间量子崩塌-复苏效应 |
4.6 压缩态驱动下多光子Jaynes-Cummings模型的时间演化特性 |
4.7 Q函数的量子崩塌与复苏效应 |
4.8 本章小结 |
5.多光子跃迁诱导的超对称等效规范势与能级-路径纠缠效应 |
5.1 超对称规范势的引入 |
5.2 多光子跃迁过程中的原子能级与路径纠缠效应 |
5.3 含时多光子Jaynes-Cummings模型中的几何相位 |
5.4 本章小结 |
6.总结与展望 |
7.附录:表面光场与原子的相互作用 |
7.1 金属-介质界面上表面等离激元的自旋流密度及纳米力学效应 |
7.1.1 金属-介质界面上的表面等离极化激元 |
7.1.2 电磁场的自旋流密度 |
7.1.3 表面等离极化激元的电磁自旋流密度 |
7.1.4 基于表面等离极化激元自旋密度的纳米力学效应 |
7.2 Partity-time对称界面上表面等离极化激元的自旋流密度 |
7.2.1 Partity-time对称界面上SPPs自旋流密度的平均值 |
7.2.2 Partity-time对称界面上SPPs自旋流密度的瞬时值 |
7.3 磁共振介质界面上TE模SPPs的自旋流密度 |
7.4 本章小结 |
参考文献 |
作者简介 |
(2)微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 半导体量子光源研究背景 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 单光子源实现系统 |
1.2.2 半导体量子点单光子源能级结构研究现状 |
1.2.3 半导体量子点单光子源效率研究现状 |
1.3 论文主要工作及架构 |
第二章 半导体量子光源的理论基础 |
2.1 量子点简介 |
2.1.1 量子点制备方法 |
2.1.1.1 自上而下制备的量子点 |
2.1.1.2 自上而下制备的量子点 |
2.2 单光子源 |
2.2.1 不同光源的性质 |
2.2.2 理想单光子源的特性 |
2.3 光致发射单光子的产生方式 |
2.3.1 非共振光致量子点单光子源发光 |
2.3.1.1 带上激发 |
2.3.1.2 P-壳层激发 |
2.3.2 共振光学激发量子点 |
2.4 腔量子电动力学简介 |
2.4.1 腔量子电动力学基本原理 |
2.4.2 Jaynes-Cummings模型 |
2.5 本章小结 |
第三章 半导体量子点能级结构和跃迁 |
3.1 基本模型及原理 |
3.2 半导体量子点能级结构分析与讨论 |
3.2.1 量子点纵向能级结构分析与讨论 |
3.2.2 量子点径向能级结构分析与讨论 |
3.2.2.1 Al_xGa_(1-x)As对量子点径向能级的影响 |
3.2.2.2 不同钝化材料对量子点径向能级的影响 |
3.2.3 半导体量子点载流子跃迁发光讨论 |
3.3 本章小结 |
第四章 半导体量子点单光子源效率计算 |
4.1 单量子点-腔耦合模型建立 |
4.2 半导体量子点单光子源效率 |
4.2.1 腔内外损耗比对效率的影响 |
4.2.2 温度对效率的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 后续工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
(3)基于原子系综四波混频过程实现量子信息协议(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1.绪论 |
1.1 量子信息科学简介 |
1.2 量子信息科学研究进展 |
1.2.1 量子纠缠及其研究进展 |
1.2.2 量子计算及其研究进展 |
1.2.3 量子信息协议及其研究进展 |
1.3 基于原子系综四波混频过程的量子信息科学研究 |
1.4 本论文的主要内容 |
2.量子光学基本理论 |
2.1 光场的量子化 |
2.2 光场的量子态 |
2.2.1 数态 |
2.2.2 相干态 |
2.2.3 压缩态 |
2.3 量子态的相空间描述 |
2.3.1 Wigner函数表述 |
2.3.2 P函数表述 |
2.3.3 Q函数表述 |
2.3.4 保真度 |
2.4 量子态的测量 |
2.4.1 强度探测 |
2.4.2 平衡零拍探测 |
2.5 本章小结 |
3.铷原子系综的四波混频过程的理论和实验基础 |
3.1 基于铷原子系综四波混频过程的参量放大器 |
3.1.1 理论模型 |
3.1.2 实验实现 |
3.2 四波混频产生量子关联光束的纠缠探测 |
3.2.1 四波混频产生量子关联光束纠缠度的理论分析 |
3.2.2 实验测量四波混频过程产生的纠缠 |
3.3 实验基础 |
3.3.1 光学分束器 |
3.3.2 光学轨道角动量 |
3.3.3 全光学量子隐形传态 |
3.4 本章小结 |
4.光学轨道角动量复用的全光学量子隐形传态 |
4.1 通道复用的量子隐形传态的意义 |
4.2 轨道角动量复用全光量子隐形传态的理论推导 |
4.3 实验实现轨道角动量复用的全光量子隐形传态 |
4.4 通过全光量子隐形传态协议传递轨道角动量模式叠加的相干态 |
4.5 本章小结 |
5.全光学多功能量子态转换机的实验实现 |
5.1 多功能量子态转换机的研究背景 |
5.2 多功能量子态转换机的理论方案 |
5.3 三种不同的全光学量子信息协议的实验实现 |
5.3.1 实验装置 |
5.3.2 典型结果 |
5.3.3 不同放大增益下损耗对全光通道的影响 |
5.4 实现全光量子态转换机的多功能性 |
5.5 本章小结 |
6.全光学最优N→M相干态量子克隆 |
6.1 量子克隆的研究背景 |
6.2 全光最优N→M相干态量子克隆理论分析 |
6.3 实验实现连续变量最优N→M相干态量子克隆 |
6.3.1 实验装置 |
6.3.2 实验展现最优4→16 相干态量子克隆 |
6.3.3 实验展现最优N→M相干态量子克隆 |
6.4 本章小结 |
7.用低噪声相敏放大器放大明亮的纠缠光束 |
7.1 量子态放大的研究背景 |
7.2 低噪声纠缠光束的强度放大的理论方案和实验装置 |
7.2.1 理论方案 |
7.2.2 实验装置 |
7.3 实验展现纠缠光束的低噪声放大 |
7.4 纠缠强度随放大增益的变化 |
7.5 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
博士期间发表的论文 |
个人简历 |
致谢 |
(4)基于数字编码超表面的物理现象表征及信息系统拓展(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超材料概述 |
1.2.1 超材料的产生以及电磁参数的扩展 |
1.2.2 超材料功能器件 |
1.2.3 超表面的产生及发展 |
1.3 超表面研究现状 |
1.4 数字编码超表面 |
1.5 论文的研究背景及主要内容 |
第二章 多任务共享型数字编码超表面 |
2.1 引言 |
2.2 多任务超表面的电磁波调控机理 |
2.2.1 多任务超表面的设计理念 |
2.2.2 多频段数字编码超表面单元设计 |
2.2.3 多频带编码超表面的工作原理 |
2.3 多路径波束控制 |
2.4 多功能共享型编码超表面 |
2.4.1 基于编码超表面的幻觉光学设备 |
2.4.2 基于编码超表面的隐身装置 |
2.4.3 涡旋波的生成 |
2.5 实验验证 |
2.6 本章小结 |
第三章 声电共用型编码超表面 |
3.1 引言 |
3.2 多物理场控制机理 |
3.3 声电共用型编码超表面 |
3.3.1 声电共用型编码超表面的单元设计与编码状态 |
3.3.2 基于1 比特编码超表面的多波束生成装置 |
3.3.3 多物理场的隐身装置 |
3.3.4 基于2 比特编码的多物理波束搬移 |
3.3.5 多物理场的异常反射现象以及涡旋波的生成 |
3.4 实验验证 |
3.5 本章小结与讨论 |
第四章 几何相位超表面及其对量子系统的模拟与应用 |
4.1 引言 |
4.2 几何相位的产生及发展概述 |
4.3 超表面中的几何相位 |
4.4 AB效应的模拟以及超表面当中新型几何相位的引入 |
4.5 单元的相位响应以及自旋对称相位的打破 |
4.6 任意极化的相位控制 |
4.7 基于自旋对称破缺几何相位的功能举例 |
4.7.1 非对称的自旋霍尔效应模拟 |
4.7.2 具有非共轭拓扑电荷的自旋-轨道角动量转换装置 |
4.8 实验验证 |
4.9 本章小结 |
第五章 量子信息的编码超表面表征 |
5.1 引言 |
5.2 量子信息的特点概述 |
5.2.1 量子比特的叠加性 |
5.2.2 量子比特的纠缠特性 |
5.3 叠加特性的编码超表面模拟 |
5.3.1 编码超表面单元表征自旋态的叠加 |
5.3.2 叠加的具体实例 |
5.4 纠缠特性的模拟 |
5.4.1 经典纠缠 |
5.4.2 最大经典纠缠的超表面实现 |
5.4.3 打破最大纠缠的属性 |
5.5 本章小结与讨论 |
第六章 直接辐射无线通信系统的原型搭建 |
6.1 引言 |
6.2 动态编码超表面 |
6.2.1 一比特动态编码超表面的设计 |
6.2.2 两比特动态编码超表面的设计 |
6.3 基于编码超表面的直接辐射无线通信系统原型 |
6.3.1 远场复杂性的解调 |
6.3.2 编码超表面的远场散射实验验证 |
6.3.3 基于数字编码超表面的直接辐射通信系统构架 |
6.3.4 基于直接辐射通信系统的信息传输实验 |
6.3.5 该通信体制的适用场景以及优势 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(5)光与物质相互作用系统中的极化子图像及应用(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 光与原子相互作用理论发展史 |
1.1.1 光与原子相互作用的全量子理论 |
1.1.2 光与原子相互作用的实验发展历程 |
1.2 量子Rabi模型的简介 |
1.2.1 半经典量子Rabi模型的旋波近似 |
1.2.2 量子Rabi模型的旋波近似 |
1.2.3 量子Rabi模型的理论研究 |
1.3 论文的研究动机和研究内容 |
第二章 量子Rabi模型及两比特量子Rabi模型的回顾 |
2.1 旋波近似后量子Rabi模型的解 |
2.2 用相干态正交化的方法求解量子Rabi模型 |
2.2.1 量子Rabi模型的宇称 |
2.2.2 利用相干态正交法求解量子Rabi模型[102] |
2.3 量子Rabi模型的解析解[67] |
2.4 两极化子的方法求解量子Rabi模型 |
2.4.1 量子Rabi模型的哈密顿量 |
2.4.2 量子Rabi模型的基态能量 |
2.4.3 能量表达式的优化 |
2.5 频率重整多级展开的方法求解Rabi模型 |
2.5.1 频率重整多级展开后的试探波函数 |
2.5.2 频率重整多级展开后的基态能量 |
2.6 两比特量子Rabi模型的已有解决方法及结论 |
2.6.1 求解两比特量子Rabi模型的方法 |
2.6.2 两比特量子Rabi模型的能谱 |
2.6.3 两比特量子Rabi模型的动力学行为 |
第三章 极化子的方法求解两比特量子Rabi模型 |
3.1 哈密顿量和试探波函数 |
3.1.1 两比特量子Rabi模型的哈密顿量 |
3.1.2 两比特量子Rabi模型的试探波函数 |
3.2 基态能量和可观测量 |
3.3 两比特量子Rabi模型中的基态的渡越行为 |
3.3.1 基态从四极化态向两极化态的渡越 |
3.3.2 两量子比特隧穿光场的过程 |
3.3.3 总结 |
第四章 极化子图像在量子Rabi-Stark模型中的应用 |
4.1 量子Rabi-Stark模型的哈密顿量 |
4.1.1 量子Rabi-Stark模型的基态波函数 |
4.1.2 量子Rabi-Stark模型的基态能量 |
4.2 量子Rabi-Stark模型在γ = ±ω时的零界行为 |
4.3 两光子量子Rabi模型在g/ω ~0.5 时的临界行为 |
4.3.1 双光子量子Rabi模型在波函数的选取及基态能量 |
4.3.2 双光子量子Rabi模型能谱塌缩行为 |
第五章 两比特量子Rabi模型中两个Rabi原子的纠缠 |
5.1 量子纠缠的基本理论 |
5.1.1 纯态和混合态 |
5.1.2 量子纠缠的定义 |
5.1.3 量子纠缠的量度 |
5.1.4 纠缠的猝死和复活 |
5.2 量子Rabi-stark模型基态的冯诺依曼熵 |
5.3 量子Rabi-stark模型的基态在γ = ±ω时的冯诺依曼熵 |
5.4 两量子比特Rabi模型两个原子间的纠缠动力学 |
5.4.1 两个全同量子Rabi原子间的纠缠 |
5.4.2 两个独立的Rabi模型的原子间的纠缠 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结与讨论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(6)超短激光脉冲作用下的光电离理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
第二章 激光与带电粒子相互作用的理论处理方法 |
2.1 激光与带电粒子相互作用的非相对论性量子理论 |
2.1.1 作用量原理 |
2.1.2 强场近似理论 |
2.1.3 鞍点近似 |
2.1.4 几何相位 |
2.1.5 强场电离解离的理论模型 |
2.2 带电粒子的经典电磁辐射理论 |
2.2.1 电磁场的基本性质 |
2.2.2 Maxwell方程的微分形式表示 |
2.2.3 推迟势 |
2.2.4 辐射的谱分解与高次谐波的计算 |
2.2.5 近场辐射 |
2.3 带电粒子与激光相互作用的经典理论 |
2.3.1 Schwinger变分法与非相对论性运动方程 |
2.3.2 Polyakov作用量与光前哈密顿量 |
2.3.3 超可积性 |
2.3.4 电磁辐射阻尼 |
2.3.5 经典轨迹Monte Carlo模拟 |
2.4 树图层次的量子电动力学理论 |
2.4.1 光子的量子化 |
2.4.2 费米子的量子化 |
2.4.3 Green函数的非微扰性质 |
第三章 红外激光场驱动的隧穿电离以及光电子动量分布 |
3.1 引言 |
3.2 圆偏振或椭圆偏振激光场中原子和分子的光电子动量分布 |
3.2.1 理论模型与方法 |
3.2.2 Coulomb势的长程相互作用 |
3.2.3 直接电离与再散射电离的光电子动量分布 |
3.2.4 偏角对激光参数和分子结构的依赖性 |
3.2.5 小结 |
3.3 表征阿秒激光的载波相位 |
3.3.1 表征IAP载波相位的原理 |
3.3.2 光电子动量中的CEP信息 |
3.3.3 光强平均以及IR激光CEP不确定性对结果的影响 |
3.3.4 小结 |
3.4 直接电离电子的高能能谱 |
3.4.1 CE的定性描述 |
3.4.2 经典蒙特卡洛轨迹模拟的结果 |
3.4.3 CE应用于分子成像 |
3.4.4 双色场中的Coulomb增强 |
3.4.5 小结 |
第四章 强XUV光场驱动的原子电离 |
4.1 引言 |
4.2 高频中的Kramers-Henneberger态 |
4.2.1 Kramers-Henneberger变换 |
4.2.2 Kramers-Henneberger态的定义 |
4.2.3 高频激光场中电离的相 |
4.2.4 非绝热微扰理论 |
4.2.5 非阿贝尔几何相位导致的自旋反转 |
4.2.6 小结 |
4.3 单个氢原子中的杨氏双缝干涉 |
4.3.1 理论模型 |
4.3.2 紫外探测光贡献的单光子电离光电子动量分布 |
4.3.3 关于双缝干涉的进一步讨论 |
4.3.4 红外探测光贡献的光电子动量分布 |
4.3.5 XUV探测光和IR探测光的区别 |
4.3.6 小结 |
第五章 光子与电子间的动量转换以及角动量转移 |
5.1 引言 |
5.2 光子动量驱动的杨氏双缝干涉 |
5.2.1 双原子分子的电子波函数 |
5.2.2 H_2~+单光子电离动量移动的双缝干涉 |
5.2.3 双原子分子单光子电离动量分配的双缝干涉 |
5.2.4 小结 |
5.3 光子动量的传递和非偶极强场近似理论 |
5.3.1 非偶极Volkov波函数 |
5.3.2 非偶极直接电离与再散射电离的跃迁振幅 |
5.3.3 非偶极非绝热隧穿电离的初始条件 |
5.3.4 小结 |
5.4 光子自旋角动量的传递 |
5.4.1 单光子解离过程中的角动量传递 |
5.4.2 多光子解离角动量的传递 |
5.4.3 小结 |
第六章 极强光场作用下的电子动力学 |
6.1 引言 |
6.2 同步辐射的理论 |
6.2.1 经典同步辐射理论 |
6.2.2 经典同步辐射的近似理论 |
6.2.3 量子同步辐射理论 |
6.2.4 小结 |
6.3 双色场中的自旋极化正电子束的产生 |
6.3.1 理论模型 |
6.3.2 双色激光与电子束的相互作用 |
6.3.3 自旋极化的机制 |
6.3.4 参数的优化 |
6.3.5 小结 |
6.4 强场量子电动力学的旋量-螺旋度方法 |
6.4.1 Volkov波函数 |
6.4.2 旋量-螺旋度方法 |
6.4.3 强场量子电动力学的旋量-螺旋度方法 |
6.4.4 小结 |
全文总结 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
(7)激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 粒子碰撞是认识物理世界的重要手段 |
1.1.1 α粒子散射实验及其发展 |
1.1.2 中子散射实验认识晶格结构 |
1.1.3 高能粒子碰撞 |
1.1.4 粒子碰撞的重要应用 |
1.2 粒子碰撞的一些进展 |
1.2.1 具有自旋分辨的粒子碰撞 |
1.2.2 反粒子碰撞 |
1.2.3 激光驱动的粒子碰撞 |
1.3 经典轨道模拟是研究粒子碰撞的重要手段 |
1.3.1 经典轨道蒙特卡罗模拟方法及其改进 |
1.3.2 激光场中粒子碰撞的经典方法 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 自旋标记电子与氢原子碰撞及激光场的辅助效应 |
2.1 物理问题描述 |
2.2 自旋相关的经典轨道动力学模型 |
2.2.1 经典方法中的电子间相互作用的交换关联修正 |
2.2.2 自旋标记电子与氢原子系统的哈密顿量 |
2.3 电子与氢原子碰撞的电离截面 |
2.4 电离电子的角度分布与能量分配 |
2.5 激光辅助电子与氢原子的碰撞 |
2.6 本章小结 |
第3章 正电子与氢原子碰撞经典动力学 |
3.1 物理问题描述 |
3.2 正电子与氢原子系统的经典轨道模型 |
3.3 电离截面与Wannier定律 |
3.4 正电子与氢原子碰撞的碎裂动力学过程 |
3.5 激光场对正电子与氢原子碰撞的三体碎裂过程的调制 |
3.6 本章小结 |
第4章 强激光场中电子再碰撞导致的多重电离 |
4.1 再碰撞与多重电离 |
4.2 激光与原子相互作用经典轨道动力学模型 |
4.3 强激光场中锂原子的三重电离 |
4.3.1 锂原子的序列三重电离与非序列三重电离的动量谱比较 |
4.3.2 锂原子发生三重电离的电子的能量分配 |
4.4 本章小结 |
第5章 强激光场中的氘氚离子碰撞 |
5.1 强激光场中的轻核聚变问题概述 |
5.2 外电磁场下氘氚碰撞的半经典理论模型 |
5.3 强激光场对氘氚聚变截面的影响 |
5.3.1 一维模型结果 |
5.3.2 三维模型结果 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录A 原子单位制 |
附录B 两电子间相互作用的交换关联 |
发表的学术论文与研究成果 |
(8)涡旋电子束的电磁特性及其与原子的相互作用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 前言 |
第二章 涡旋电子束的简述 |
2.1 非相对论涡旋电子束的基本特性及波函数 |
2.1.1 BESSEL型的非相对论涡旋电子束 |
2.1.2 LAGUERRE-GAUSSIAN型的非相对论涡旋电子束 |
2.2 涡旋电子束的制备方法 |
2.2.1 螺旋相玻片 |
2.2.2 全息光栅 |
2.2.3 模式转换法 |
2.2.4 原子尺寸和巨大涡旋电子束的实验制备进展 |
2.3 相对论涡旋电子束 |
2.3.1 BESSEL型的相对论涡旋电子束 |
2.3.2 相对论涡旋电子波包 |
2.4 涡旋电子束在外场中的动力学 |
2.4.1 涡旋电子束在磁场中的动态 |
2.4.2 涡旋电子束在强激光场中的动态 |
2.5 本章小结 |
第三章 磁圆二色性理论简介 |
3.1 单电子原子的X射线磁圆二色性 |
3.2 多电子原子的X射线磁圆二色性 |
3.3 单电子束被晶体散射的双微分截面 |
3.4 双电子束磁圆二色性 |
3.5 涡旋电子束磁圆二色性 |
3.5.1 涡旋电子束与原子相互作用 |
3.5.2 涡旋电子束与晶体相互作用 |
3.6 本章小结 |
第四章 涡旋电子束的电磁场及电磁辐射的基本理论 |
4.1 麦克斯韦方程 |
4.2 电磁辐射的基本理论 |
4.3 LIéNARD–WIECHERT推迟势 |
4.4 辐射场的频谱分析 |
4.4.1 同步辐射 |
4.4.2 CHERENKOV辐射 |
4.5 非相对论性涡旋电子束产生的电磁场 |
4.6 涡旋电子束的跃迁辐射 |
4.7 涡旋电子束的CHERENKOV辐射 |
4.8 本章小结 |
第五章 涡旋电子束与原子相互作用的磁圆二色性 |
5.1 平面波电子束被类氢原子散射的微分散射截面 |
5.2 涡旋电子束被多电子原子散射的微分散射截面 |
5.3 涡旋电子束与类氢原子相互作用的二色性 |
5.4 数值模拟 |
5.5 本章小结 |
第六章 相对论涡旋电子束的力学及电磁特性 |
6.1 相对论性涡旋电子束的力学特性 |
6.2 相对论性涡旋电子束产生的电磁场及其特性 |
6.3 数值结果 |
6.4 本章小结 |
第七章 相对论涡旋电子波包的色散辐射 |
7.1 相对论性涡旋电子波包的电荷密度和电流密度 |
7.2 相对论性涡旋电子波包的辐射场 |
7.3 电磁涡旋场的特性 |
7.4 本章小结 |
第八章 总结与展望 |
附录Ⅰ 远场近似下辐射场的多级展开 |
附录Ⅱ 远场近似下辐射场的计算 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的论文 |
致谢 |
(9)表面等离子体切伦科夫辐射源的理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究的背景和目的以及意义 |
1.1.1 研究的背景 |
1.1.2 研究的目的 |
1.1.3 研究的意义 |
1.2 国内外研究历史与现状 |
1.2.1 研究历史 |
1.2.2 经典理论研究现状 |
1.2.3 量子理论研究现状 |
1.2.4 理论和实验研究之间的关系 |
1.3 本文的主要贡献与创新 |
1.3.1 本文的创新点 |
1.3.2 本文的主要贡献 |
1.4 本文的结构安排 |
第二章 经典理论 |
2.1 基本概念 |
2.1.1 爱因斯坦求和记号 |
2.1.2 电磁理论及其动力学基础 |
2.1.3 并矢格林函数 |
2.1.4 电子在电磁场中的运动 |
2.1.5 表面等离子体激元 |
2.2 基于并矢格林函数的场匹配方法 |
2.2.1 理论推导 |
2.2.1.1 并矢格林函数 |
2.2.1.2 色散方程 |
2.2.1.3 电子束激励的电磁场 |
2.2.2 结果分析 |
2.2.2.1 色散曲线 |
2.2.2.2 辐射信号和频谱 |
2.2.2.3 电磁场空间分布 |
2.3 动力学理论 |
2.3.1 理论推导 |
2.3.1.1 运动方程 |
2.3.1.2 电子束的速度扰动 |
2.3.1.3 电子束激励的电磁场 |
2.3.1.4 数值计算中的离散化 |
2.3.2 结果分析 |
2.3.2.1 相互作用的两种状态 |
2.3.2.2 系统参数对相互作用状态的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 量子理论 |
3.1 基本概念 |
3.1.1 量子场论的基本概念 |
3.1.2 电磁场的量子表述 |
3.1.3 电子的量子表述 |
3.2 经典电子束的光子激发理论 |
3.2.1 理论推导 |
3.2.1.1 关于并矢格林函数的两个恒等式 |
3.2.1.2 介质中的矢量势—电场强度对易关系 |
3.2.1.3 SPPs的量子化 |
3.2.1.4 电子束激励的电磁场 |
3.2.1.5 信号涨落 |
3.2.2 结果分析 |
3.2.2.1 辐射信号 |
3.2.2.2 信号涨落 |
3.3 电子束和光子相互作用的相对性理论 |
3.3.1 理论推导 |
3.3.1.1 电子束的量子表述 |
3.3.1.2 演化算子 |
3.3.1.3 电子束激励的电磁场 |
3.3.2 结果分析 |
3.3.2.1 两种量子理论之间的关系 |
3.3.2.2 电子束动量涨落的选择 |
3.3.2.3 辐射信号和频谱 |
3.3.2.4 近门限反常切伦科夫辐射信号的解释 |
3.3.2.5 具有自旋的电子束激发的场 |
3.4 本章小结 |
第四章 表面等离子体切伦科夫辐射源理论的应用举例 |
4.1 非对称表面等离子体切伦科夫辐射源 |
4.1.1 结构概述 |
4.1.2 理论推导 |
4.1.2.1 平面型非对称表面等离子体切伦科夫辐射源 |
4.1.2.2 圆柱型非对称表面等离子体切伦科夫辐射源 |
4.1.3 结果分析 |
4.1.3.1 平面型非对称表面等离子体切伦科夫辐射源 |
4.1.3.2 圆柱非对称表面等离子体切伦科夫辐射源 |
4.1.3.3 总结 |
4.2 基于拓扑绝缘体双曲超材料的反向切伦科夫源 |
4.2.1 结构概述 |
4.2.2 基本概念 |
4.2.2.1 拓扑绝缘体 |
4.2.2.2 双曲超材料 |
4.2.3 理论推导 |
4.2.3.1 场匹配方法 |
4.2.3.2 电磁能量传播方向 |
4.2.4 结果分析 |
4.2.4.1 电磁场分布 |
4.2.4.2 电场频谱和色散曲线之间的关系 |
4.2.4.3 拓扑绝缘体双曲超材料和传统双曲超材料的对比 |
4.2.4.4 双曲超材料中的反向切伦科夫效应是否是一种无门限切伦科夫辐射 |
4.2.4.5 总结 |
4.3 电子束激发的自旋电子学太赫兹源 |
4.3.1 结构概述 |
4.3.2 理论推导 |
4.3.2.1 电子束激发热电子 |
4.3.2.2 热电子超扩散 |
4.3.2.3 反向自旋霍尔效应 |
4.3.2.4 周期结构对电流的散射 |
4.3.3 结果分析 |
4.3.3.1 热电子的时空分布和反向自旋霍尔效应产生的电荷电流 |
4.3.3.2 辐射场频谱和空间分布 |
4.3.3.3 辐射功率和效率 |
4.3.3.4 电子束激发的自旋电子学太赫兹源与传统自旋电子学太赫兹源的对比 |
4.3.3.5 总结 |
4.4 基于石墨烯量子切伦科夫效应的X射线源 |
4.4.1 石墨烯的性质 |
4.4.1.1 石墨烯哈密顿量与狄拉克费米子 |
4.4.1.2 石墨烯的杜鲁德电导率 |
4.4.2 结构概述 |
4.4.3 理论推导 |
4.4.3.1 电子束在石墨烯中激发热载流子 |
4.4.3.2 热载流子通过量子切伦科夫效应激发高度局域化表面等离子体激元 |
4.4.3.3 工作效率 |
4.4.3.4 X射线的产生 |
4.4.4 结果分析 |
4.4.4.1 热载流子分布 |
4.4.4.2 高度局域化表面等离子体激元的频谱和工作点 |
4.4.4.3 高度局域化表面等离子体激元的发射方向 |
4.4.4.4 X射线的产生 |
4.4.4.5 总结 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(10)量子场论的实在论研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
引言 |
1.选题意义 |
2.国内外研究现状 |
3.国外研究现状 |
4.论文思路 |
5.应用价值 |
6.创新之处 |
第一章 量子场论发展简史、概念体系和数学形式体系 |
1.1 量子场论的发展历史 |
1.1.1 量子场论的发展脉络 |
1.1.2 量子场理论经验预言:粒子物理学的标准模型 |
1.1.3 量子场论的数学语言:拉格朗日函数 |
1.1.4 结语 |
1.2 三种数学形式 |
1.2.1 三种通往量子场论的数学途径 |
1.2.2 量子场论的数学竞争与走向 |
1.3 量子场论的概念体系 |
1.3.1 “场粒二象性” |
1.3.2 “一次量子化”与“场量子化” |
1.3.3 重整化 |
1.3.4 真空或基态 |
1.3.5 拓扑斯和量子拓扑 |
1.4 量子场论的实在论研究主要观点 |
1.4.1 实体实在论 |
1.4.2 多维度的量子场论实在论 |
1.4.3 自然主义的实在论 |
1.4.4 实践整体下的语境实在论 |
1.4.5 结语 |
第二章 重整化技巧的语境分析 |
2.1 重整化理论的历史和概念基础 |
2.1.1 临界现象中的物理洞见:重整化群方程的定点解 |
2.1.2 度规不变性和重整化群方法 |
2.2 重整化技巧的数学形式 |
2.2.1 重整化技巧及语境 |
2.2.2 不同结构的重整化语境 |
2.2.3 重整化群的构造及其语境 |
2.2.4 重整化技巧的经验性 |
2.2.5 小结 |
2.3 重整化与非充分决定性命题 |
2.3.1 量子场论语境下的非充分决定性论题的提出 |
2.3.2 量子场论的非充分决定性内涵 |
2.3.3 量子场论的非充分决定性症结 |
2.3.4 结构实在论的回应 |
2.3.5 小结 |
第三章 可能世界、模态及代数量子场论 |
3.1 量子场论的模态解释 |
3.1.1 Dieks的量子场论的模态解释 |
3.1.2 移植量子力学的模态解释 |
3.1.3 分离性和退相干的模态解释 |
3.2 Rob Clifton 的量子场论的模态解释 |
3.2.1 量子力学模态解释 |
3.2.2 模态解释的非原子版本和原子版本 |
3.2.3 联合概率解释 |
3.3 量子场论的模态解释的方法论特征 |
3.3.1 对量子力学模态解释的继承和发展 |
3.3.2 两种定域方法的局限性 |
3.3.3 模态解释的实在论特征 |
3.3.4 小结 |
第四章 非定域性论题的语境论分析 |
4.1 非定域性论题的起源 |
4.1.1 产生语境:非相对论量子力单个粒子系统的玻恩概率解释 |
4.1.2 解释语境:量子场论的模定域 |
4.1.3 非定域论题的本质 |
4.1.4 “真空极化”与拓扑分裂 |
4.1.5 非定域性论题的意义 |
4.2 模态逻辑与模糊概念分析的语境模型 |
4.2.1 语境模型 |
4.2.2 模态逻辑 |
4.2.3 总结 |
第五章 量子拓扑与量子逻辑和实在的跨语境追踪的表征 |
5.1 量子场论的数学统一:量子拓扑 |
5.1.1 意识的量子拓扑表征 |
5.1.2 量子场论中的拓扑量子计算 |
5.1.3“耗散脑”的热量子场论系统的余代数模型化拓扑形式 |
5.2 余代数和模态逻辑 |
5.2.1 余代数 |
5.2.2 余代数模态逻辑 |
5.2.3“自然计算”:量子场论的“量子拓扑”计算和“耗散脑”计算的统一 |
5.3 量子场论和量子场逻辑 |
5.3.1 拓扑斯与量子逻辑 |
5.3.2 量子拓扑学的基础结构 |
5.3.3 “局部引理”和自由格的构造 |
5.4 分形逻辑与量子逻辑的语境构造 |
第六章 量子场论的语境实在论构建 |
6.1 物理学的统一之路 |
6.1.1 物理数学和物理实验两个分支的历史走向和统一特征 |
6.1.2 语境实在的整体性和唯一性 |
6.2 代数背景中的量子场论是时空参量代数网格 |
6.2.1 定域协变态与全域几何性的模同构 |
6.2.2 大脑和意识 |
6.2.3 高维代数的拓扑量子理论与希尔伯特态语境 |
结束语:跨语境的共享共生实在论 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
个人简况及联系方式 |
四、量子化电磁场中的非经典电子波包:电子与光子的纠缠(论文参考文献)
- [1]多光子Jaynes-Cummings模型中的量子崩塌-复苏与能级-路径纠缠效应[D]. 种诗尧. 浙江大学, 2021(01)
- [2]微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究[D]. 罗娜娜. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]基于原子系综四波混频过程实现量子信息协议[D]. 娄彦博. 华东师范大学, 2021(12)
- [4]基于数字编码超表面的物理现象表征及信息系统拓展[D]. 白国栋. 东南大学, 2020(02)
- [5]光与物质相互作用系统中的极化子图像及应用[D]. 孙熙美. 兰州大学, 2020
- [6]超短激光脉冲作用下的光电离理论研究[D]. 何沛伦. 上海交通大学, 2020(01)
- [7]激光场中粒子碰撞的经典轨道动力学研究[D]. 刘士炜. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [8]涡旋电子束的电磁特性及其与原子的相互作用[D]. 雷长勇. 华东师范大学, 2020(08)
- [9]表面等离子体切伦科夫辐射源的理论研究[D]. 于成鹏. 电子科技大学, 2020(07)
- [10]量子场论的实在论研究[D]. 程守华. 山西大学, 2019(01)