高斯激光控制离子的量子态

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随着离子阱技术的发展和成熟,离子阱技术在量子态的制备、量子信息和量子计算、蛋白质组学和药物代谢分析以及质谱测定技术等方面都有着重要应用。如今人们已不满足于研究囚禁粒子质心运动的控制问题,而是开始利用离子与光场的相互作用,可以精准地操控囚禁离子的内部电子态和振动量子态,进而实现相关的量子信息处理任务。整形激光技术的发展和超短激光脉冲对控制微观系统有效性的研究,使得操控离子成为可能。目前,已有许多文献利用超短、超快激光脉冲,对控制半导体中量子态的自旋、拓扑态进行了研究。尤其是近年来,激光冷却和激光囚禁原子技术的发展已经比较成熟,广泛的运用于科学技术研究的各个领域。一直以来,人们对量子态的操控都表现出浓厚的兴趣,在本文中我们尝试将高斯激光光束应用到囚禁离子系统中,希望以此来找到操控离子的有效参数,从而实现离子状态的转移。  本研究分为四个部分:第一章是绪论。介绍了Paul阱的基本原理和囚禁离子系统研究简况。介绍了Delta势的高斯激光模拟方法。第二章考虑定态情形,具体研究了囚禁于离子阱中的单离子在高斯型激光作用下的量子动力学。通过量子微扰的方法,得到了在高斯激光作用下微扰Schr(o)dinger方程的精确解并给出一级能量修正和一级波函数的定态解形式。发现高斯激光束的空间位置对能量和波函数有一定的影响,不同激光位置对应于不同的量子态。第三章考虑在一定时间间隔T内施加高斯激光作用,通过调控高斯激光束的空间位置,计算跃迁几率的大小。可以发现当高斯激光对准不同的空间位置,粒子从基态到激发态之间的跃迁几率不同。在特定的参数范围内,离子从基态直接跃迁到第二激发态的跃迁几率远远大于从基态跃迁到第一激发态的跃迁几率。当固定激光空间位置,跃迁几率会随激光作用时间呈周期性变化,不同能级之间的跃迁几率周期不同,激发态能级越高跃迁几率的周期越小。还可以观察到,跃迁几率最大值出现的空间位置不随激光作用时间的长短而变化。第四章是对本论文研究工作的归纳和总结,并对激光操纵离子的动力学前景作了一个展望。
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