光在一維耦合波導陣列中的量子傳輸行為與相關(guān)特性.pdf

1、光在波導陣列中的傳播特性使得波導陣列在光信號處理、光通信、光計算等領(lǐng)域有巨大的應用前景。同時，由于光在波導陣列中的傳播方程與薛定諤方程具有相同的形式，所以可以通過光在波導陣列中的傳播行為直觀地研究量子力學的一些基本效應。由于波導陣列在應用和理論研究中的重要作用，基于波導陣列的光的傳播特性的研究成為光學研究中的一個很活躍的領(lǐng)域。不過，之前主要是研究經(jīng)典光在波導中的傳播，此時光的傳播遵從麥克斯韋方程組，主要是利用了光的波動性。最近，非經(jīng)典光

2、在波導陣列中的傳輸行為吸引了廣泛關(guān)注。
　　在本論文中，我們在一維耦合波導陣列中通過引入缺陷、結(jié)構(gòu)無序以及構(gòu)造準PT對稱結(jié)構(gòu)，研究了光子在波導陣列中的傳輸行為，即通過特定結(jié)構(gòu)的波導陣列來操控光子的傳輸和相干行為。
　　在第一章中，我們主要介紹了研究背景。首先介紹了在波導陣列中使用經(jīng)典光來研究量子力學基本原理和效應的情況，并簡單介紹了幾個例子;隨后介紹了關(guān)于非經(jīng)典光在波導陣列中的研究進展。最后闡述了本論文的研究立意和內(nèi)容安排。

3、
　　在第二章中，我們主要介紹了本論文研究工作中所用到的基本理論和相關(guān)知識。分別介紹了一維波導陣列結(jié)構(gòu)和耦合模理論，算符所滿足的海森堡運動方程，以及經(jīng)典相關(guān)和量子相關(guān)函數(shù)，最后介紹了PT對稱非厄米體系。
　　在第三章中，我們首先研究了單光子在周期及具有缺陷的波導陣列中的傳輸行為，然后進一步研究了雙光子路徑糾纏態(tài)在一維耦合波導陣列中的傳輸行為。結(jié)果表明，當引入負的非對角缺陷時，缺陷波導的作用類似于光子反射鏡，使得雙光子路徑糾纏

4、態(tài)在波導陣列中傳輸時總是表現(xiàn)出聚束特性。之后，我們研究了引入非對角缺陷及對角缺陷的波導陣列中光子的局域現(xiàn)象，以及光子在波導陣列中傳輸時其雙光子相關(guān)函數(shù)的振蕩行為，發(fā)現(xiàn)由于量子干涉效應，不同的雙光子相關(guān)矩陣元具有不同的振蕩周期，與經(jīng)典光波振蕩周期一致或者是經(jīng)典光波振蕩周期的一半。通過對兩種缺陷本征態(tài)的理論分析，我們發(fā)現(xiàn)缺陷態(tài)對雙光子路徑糾纏態(tài)在波導陣列中的量子相關(guān)特性起著非常重要的作用。
　　在第四章中，我們在非對角無序波導陣列中引

5、入對角和非對角缺陷，研究了光在其中的傳輸行為和量子相關(guān)特性。在非對角無序波導陣列中，由于安德森局域效應，光子在波導陣列中的傳輸會出現(xiàn)局域現(xiàn)象。而當引入對角缺陷和非對角缺陷時，我們發(fā)現(xiàn)缺陷的引入可以改變光子在傳輸過程中的局域程度，不但可以增強或者減弱局域程度，甚至可以完全破壞光子局域效應。對應地，我們研究了費米子在周期調(diào)制勢場中隨時間演化的行為，發(fā)現(xiàn)某些玻色子路徑糾纏態(tài)在波導陣列中的傳輸行為與費米子在周期勢場中的時間演化行為類似，或許以后

6、可以通過選取適當?shù)墓庾尤肷鋺B(tài)在波導陣列中的傳輸行為來研究和表征費米子在勢場中隨時間演化的行為。
　　在第五章中，我們構(gòu)造了一個新型的準PT對稱波導陣列。在該結(jié)構(gòu)中，我們只引入吸收波導，而無需引入增益波導，這種準PT對稱波導陣列在實驗上能夠較容易地實現(xiàn)。我們研究了光子在這種準PT對稱波導陣列中的傳輸行為和量子相關(guān)特性。研究表明，隨著吸收系數(shù)的增強，PT對稱會被破壞，即體系對應著一個相變點。通過計算，我們發(fā)現(xiàn)非對角無序的引入會使得體系