一、浅议量子力学中波函数满足的三个基本条件(论文文献综述)
陈阳[1](2021)在《基于微纳光波导的量子信息处理实验研究》文中指出量子计算与量子理论的发展为解决后摩尔时代中芯片尺寸受限以及经典物理原理不适用提供了重要的全新原理的解决方案,并且能够原理性的满足未来对更高信息量的要求。而量子信息系统的小型化和集成化势必将成为量子信息与量子计算领域中重要的发展方向。本文我们利用微纳光波导结构研究了集成光学系统在不同体系下的量子信息处理过程。主要研究内容有:1.我们研究在集成微纳结构中量子信息的传输,我们实现了在十多个微米长的表面等离激元波导中双光子偏振纠缠态的传输,并且纠缠性质能够很好的保持。我们通过使用可调相位片测量了双光子干涉曲线,并评估了系统的整体损耗对于利用表面等离激元结构实现量子传感的影响。我们的研究结果对于在有损耗的系统或者利用表面等离激元结构实现突破标准散粒噪声极限的量子成像或量子传感测量提供了基本的理论和实验研究。2.我们简要介绍了飞秒激光直写透明介质材料中光诱导折射率变化的机理,可以被用来制备光波导。我们基于飞秒激光直写玻璃波导体系,演示了偏振无关的光波导器件的基本性能和应用于量子信息处理的可能性、演示了路径编码的量子CNOT门的逻辑功能、通过级联路径编码的量子CNOT门和单比特门演示了制备路径编码贝尔纠缠态的可能性和结构的可扩展能力。我们的研究结果展示了我们可以利用飞秒激光直写技术实现精准的不同参数的基本元器件,未来可用于研究大规模的量子线路或者量子模拟。3.我们探讨了光波导中傍轴近似条件下电磁场的传播满足薛定谔形式的传播方程,基于此探讨了光在波导中的传输行为与固体中电子行为的相似性。构建了紧束缚近似模型用于描述光在波导阵列中的传输行为,并且研究了两个耦合波导系统中的参数对于复杂阵列结构的可移植性。基于我们建立的直观的理论结果我们综述讨论了光学波导阵列系统的诸多应用,并且在实验上利用飞秒激光直写技术加工了一维拓扑非平庸的波导阵列结构,研究了系统边界态在阵列结构中的演化,并且实验观察到了拓扑相变的过程。基于我们对于波导阵列中光的传播行为的基础理论和实验研究,未来我们将对更高维度以及更复杂的物理模型展开研究。4.基于蜂窝状六角晶格结构,我们介绍了具有不同亚晶格能量的二维拓扑绝缘体模型。根据对模型的能带进行分析,这样的系统具有非平庸的能谷相关的拓扑陈数。我们通过构建具有不同谷陈数的光子晶体结构,在界面处理论预测了谷相关的光的方向性传输性质。基于这种谷相关的选择性耦合机理,我们构建了谷相关的波分束的结构,并且特殊设计了一个工作在1550 nm波段的鱼叉形状的等比分束器结构,我们演示了在这种谷相关的拓扑分束器结构上的双光子量子干涉过程。更进一步我们构建了一个简单的量子线路结构用于证实结构中路径纠缠态的产生,这项工作为利用谷相关的拓扑绝缘体结构应用于量子信息处理过程提供了开拓性的新颖思路。
程珑[2](2021)在《动力学方法与量子轨迹方法研究电子在晶体中的衍射及成像》文中指出电子显微镜是材料表征和分析最重要的工具之一,与人类前沿的科技进步和日常的生活水平提高都息息相关。而从电子显微技术得到的实验图像中进行定量的分析和解释则是材料表征和分析的基础。因此,对电子与固体相互作用的物理过程的深入研究,并开发成熟的理论模型,则是为人类与微观世界搭建起沟通的桥梁。电子在固体中会发生相干散射和非相干散射,其中电子在无定形材料中的主要作用是非相干散射,通常用经典轨迹蒙特卡洛方法模拟;而在晶体中,电子的相干散射则更加重要,不能用经典轨迹蒙特卡洛方法处理。因此,需要发展其它的理论模型来考虑电子在晶体中的相干散射问题。本文主要基于动力学方法和量子轨迹理论开发了一些计算方法,对电子在晶体中的多种衍射过程进行了模拟研究。第一章介绍了电子显微镜的发展历程、原理和应用。我们简要地概括了电子显微镜的诞生背景以及分辨率的提升手段,并介绍了常见类型的电子显微镜的结构、用途及区别。而电子显微镜依靠电子束与材料的相互作用产生的复杂信号对材料进行分析和表征,相应地,我们介绍了多种电子能谱、电子显微成像以及电子衍射花样的原理和用途。而在模拟方面,本章介绍了电子在无定形材料中的经典轨迹蒙特卡洛方法、电子在晶体中的量子力学方法以及量子轨迹方法,并概述了本课题组对这些方法的开发成果。第二章介绍了本论文所涉及的理论基础,主要包括电子衍射理论和量子轨迹理论。电子衍射理论中我们介绍了晶体学的基础知识,以及电子在晶体中衍射的运动学理论和动力学理论。运动学理论基于Bragg定律,简单直观,适用于定性的分析,但是它只适用于薄样品,衍射束强度较小,零级束的强度变化可以忽略的情况,因而运动学理论具有很大的局限性。因此在多束衍射的定量模拟中,需要用到动力学理论。本文所用的动力学理论基于Bethe的本征值方程,并考虑了热扩散散射、等离激元激发、单电子激发等多种非弹性散射过程的影响,可以有效模拟电子在晶体中的衍射以及波函数的吸收。而量子轨迹理论是量子力学的概率流线描述,可以兼顾量子力学中的粒子性与波动性,既直观又精确地对量子体系进行研究。量子轨迹理论常常被用于多种量子体系的理论研究,同时,随着实验技术的进步,量子轨迹已经可以在实验中被观察,现在已经是一种非常重要的量子力学理论解释。此外,本章还介绍了狭义相对论的原理和理论形式,在研究电子与晶体的相互作用时,需要对电子的质量、波长等进行相对论修正。第三章用动力学方法研究了透射电子显微镜中的电子衍射,包括平行电子束的衍射点阵和会聚束电子衍射的衍射花样。对于平行电子束,我们给出了多个晶向的衍射点阵,并与运动学模型做了对比。同时我们还对运动学模型无法考虑的情况,即零级束与衍射束的强度随样品厚度的变化进行了研究,给出了多个晶向上的变化曲线。此外,我们还研究了电子束的入射角度对衍射花样的影响,并给出了寻找双束、三束等衍射条件的理论方法。而对于会聚束电子衍射花样,我们分析了会聚半角、样品厚度、加速电压等多种参数的影响。模拟的结果和实验结果完美一致,且与其它软件给出的模拟结果相比,能够展示出更多的实验图像的信息。此外,通过图像的匹配,我们还能从参数不足的实验结果中逆推出实验的信息,可以用于晶体结构的分析。第四章我们基于布洛赫波的动力学方法,开发了全新的量子轨迹计算方法。以往的量子轨迹计算主要采用劈裂算符法、多层法等空间网格方法,计算量大,且容易遇到因相位问题导致的轨迹错误,尤其是无法计算发散轨迹的问题。而我们的布洛赫波量子轨迹方法,不需要划分网格,通过波函数的叠加系数可以直接计算全空间的速度场,同时还开发了追踪算法来计算量子轨迹,大大减少了计算量,提高了计算速度,可以计算发散的轨迹。我们应用布洛赫波量子轨迹方法研究了晶体中的通道效应,定量地探究了材料种类、厚度、入射电子能量的影响,并对晶体中的消光距离作出了直观的解释。与波函数的结果相比,量子轨迹和波函数给出了同样的分布,但是波函数只能给出概率密度的空间分布,而不具有演化的先后信息;而量子轨迹则不仅给出了电子的分布密度,还能够展现从入射到衍射到出射的先后关系,更加直观。在量子轨迹的图像中可以很容易地发现波函数中难以发现的细节,且量子轨迹尤其在三维情况下具有比波函数更好的表现力,能够明确地反应出三维空间中各处的系统状态。此外,我们还用量子轨迹方法研究了非弹性散射对通道效应的影响。第五章分别用动力学方法和量子轨迹方法研究了电子背散射衍射花样。并基于量子轨迹方法的思想开发出了速度更快的动量期望方法。我们通过模拟研究了电子能量、样品厚度、晶向等因素对电子背散射衍射花样的影响。模拟结果与实验结果具有很好的一致性。同时,用量子轨迹方法可以从单电子的角度解释电子背散射衍射花样的形成过程,更加直观地描述了多束干涉的波函数在晶体中的衍射。此外,我们还开发了电子背散射衍射球面的构建方法,即通过计算晶体全方向的衍射花样,再按照晶向拼接,形成一个球面,这样就可以用一幅图来表示晶体在所有方向上的衍射花样,对于晶向与菊池带以及高阶劳厄环的关系描述更全面。通过衍射球面有利于构建更为直观更为高效的数据库或模拟软件。第六章我们开发了新的量子轨迹蒙特卡洛计算方法,与原有的方法相比,在轨迹计算上更精确,且没有计算深度的限制。同时,引入了多近邻模型,将所有与电子发生相互作用的原子都考虑在内,使得可以用此方法模拟任意晶体,而不是仅局限于单质。我们用量子轨迹蒙特卡洛方法分析了各种激发过程对原子分辨率的二次电子成像结果的影响,进而构建了新的成像机制。现有的其它理论模型认为二次电子成像的原子分辨来源于内壳层直接激发的二次电子,并认为级联过程对原子分辨没有贡献。我们通过定量的计算发现,内壳层激发出的高能二次电子本身不直接对实验图像产生贡献,其真正的原子分辨率实际来源于这些高能二次电子经过不断的级联激发后产生的大量低能二次电子。此外,通过新的成像机制,我们还发现二次电子的原子分辨可以区分样品表面附近不同深度的同种元素,即具有超高的表面三维分辨能力,可以广泛地用于材料表面分析以及二维材料表征。第七章是对全文的总结和展望。
谢润章[3](2021)在《窄禁带半导体雪崩理论》文中研究指明窄禁带半导体是禁带宽度小于0.5 eV的半导体。其较窄的禁带宽度带来了诸如高非抛物系数、更容易的碰撞离化与更大的带到带隧穿等独特的性质。特别是碲镉汞这类典型的三元合金窄禁带半导体还具有较大的合金散射、单载流子雪崩等独特性质。在很多需要微弱光信号探测的领域,雪崩光电探测器都有重要应用,比如:遥感、主被动联合探测、激光雷达、量子通信和天文观测等。然而,目前雪崩理论主要是基于Si、Ge等禁带宽度相对较宽的半导体材料提出的,难以对窄禁带半导体中的雪崩现象及其微观机制进行清晰地阐释。在窄禁带半导体材料中,碲镉汞具有较高的探测率,而且其生长技术十分成熟。作为单载流子雪崩材料,碲镉汞更是因其高内增益和低过剩噪声因子的特点,成为了理想的雪崩光电探测器材料。雪崩过程的理论模拟是现今研究与设计雪崩二极管的基础。目前,分析雪崩过程的理论模拟方法可分为宏观方法与微观方法两类:宏观方法通过建立带拟合参数的唯象模型,将实验数据代入模型得到拟合参数,将参数回代回模型得到雪崩过程的解析描述;而微观方法则通过分析对应材料体系的带内-带间跃迁机制,通过蒙特卡洛方法等方法对载流子的动力学过程与跃迁过程进行抽样,将相应物理量在抽样结果中的体现进行统计性估计作为模拟结果。在本论文中,我们利用量子力学对带内-带间跃迁机制进行分析,提出了描述窄禁带半导体单载流子雪崩的解析理论——空间描述理论。不同于经典的基于玻尔兹曼输运方程的输运理论,在本论文所建立的空间描述理论下,输运过程的弛豫时间、运动方程等基本概念均有所不同,本论文对这些概念进行了讨论与修正。本论文推广了历史依赖的雪崩模型(History dependent avalanche model),其中,提出了不完全雪崩的概念,并基于不完全雪崩的物理图像首次将光生载流子雪崩与不同微观机制导致的暗电流雪崩分别定量的进行了讨论,阐明了碲镉汞雪崩光电二极管中过剩噪声因子随增益的变化的微观机制。本论文具体的研究内容和主要研究成果如下:1.窄禁带半导体电子动力学研究及散射过程的量子力学修正。本论文对非抛物导带带来的一系列影响进行了分析,得到了非抛物导带中电子的运动方程。目前,国际上对碰撞离化率的讨论仍有不当之处,本论文对目前最精确的量子力学的碰撞离化率进行了进一步的修正。在窄禁带半导体中,极化光学声子在非抛物导带中的散射问题需加以考虑,目前未见报道。本论文基于前人在抛物导带中的工作,得到了非抛物导带中的极化光学声子散射率。2.雪崩过程的空间描述理论。本论文从实际的雪崩信号读出的抽象模型出发,发展了适用于窄禁带半导体的雪崩过程的空间描述理论。该理论考虑了非抛物导带、大角度散射等机制,可以较为精确的对雪崩区中电子的运动进行计算。合金散射为各向同性散射,碲镉汞材料中,其散射率较强,适用于本论文所提出的空间描述理论。在空间描述理论中,将载流子的轨道分为背向散射运动与正向运动,本论文中通过对背向散射的讨论,对碰撞离化率进行了修正,并得到了在背向散射过程中极化光学声子散射的能量弛豫修正。3.推广了历史依赖的雪崩模型。不完全雪崩理论,用于讨论在结区不同位置热产生的热载流子对暗电流增益与过剩噪声因子的影响。提出了影子区域的概念,用以解决目前较为精确的历史依赖的雪崩模型中能量不守恒的问题。基于不完全雪崩理论与影子区域的概念,对McIntyre提出的历史依赖的雪崩模型进行了推广。并将推广的历史依赖的雪崩模型应用于具体器件的模拟,模拟结果显示:在结区产生的电子空穴对的不完全雪崩的增益与过剩噪声因子与光生电子空穴对具有明显的不同,在窄禁带半导体雪崩过程中有必要进行分别讨论,并阐明了碲镉汞雪崩光电二极管中过剩噪声因子随增益的变化的微观机制。
曹睿[4](2021)在《三维时间片最大纠缠态的最优检测》文中研究说明本文从EPR佯谬出发,介绍了量子力学与经典物理理论的冲突之处。借由EPR佯谬中的核心思想,介绍了基于贝尔情景的局部隐藏变量模型的数学表征;阐述了局部隐藏变量模型的几何意义与其具体的构造方式;探讨了局部隐藏变量模型与非定域之间的联系。由此,进一步介绍了贝尔不等式(例如CHSH不等式)的数学形式与它的物理含义。其次,基于量子力学的基本假设,本文阐述了量子力学与贝尔不等式之间的联系,探讨了量子力学中对贝尔不等式的破坏,并且进一步阐述了定域实在论与量子力学的联系,重点指出了量子力学当中量子纠缠的重要意义。借由量子纠缠的特殊性质与其在量子通信领域与重要作用,本文在介绍了量子纠缠的数学表征与物理意义的基础上,讨论了纠缠检测的相关手段。重点介绍了纠缠见证,这一在量子信息领域被广泛使用于纠缠检测领域的方法,详细阐述了它的构造方式与其在实验中的具体实现。此外,还针对纠缠检测的效率问题开展了讨论。依据量子光学的基本原理与光纤通信的相关技术手段,依靠上述的理论基础,本文开展了纠缠见证实验与纠缠维度的检测实验。本文的创新之处主要在于:1、首先,依据基于保真度的纠缠见证算符开展纠缠见证实验。其次,利用基于统计学中假设检验思想与SDP优化算法的纠缠维度检测方案,对量子态进行纠缠维度的检测。依据实验中产生的目标量子态,本文设计了关于传统纠缠见证与纠缠维度检测的对比试验,展示了第二种实验方案的优势。2、利用光子的时间片自由度制备待测目标量子纠缠态,利用马赫曾德尔干涉仪的独特原理,搭建实验光路,设计实验所需要完成的投影测量组合,完成两组实验的完整测量。通过针对实验结果的分析,可以发现优化后的纠缠见证测量在准确性上更高,对实验条件的限制显着降低,同时纠缠见证算符的组合数量显着减少。尤其在实验过程中噪声干扰过大的情况下,针对纠缠态的优化检测仍然具有很好的实验可重复性,这是传统纠缠见证测量所不具备的特点。所以,经过优化后的纠缠见证测量为更高维的纠缠态的纠缠见证实验提供了新的更稳定的方法与思路。
胡磊[5](2021)在《二维及类二维光子晶体在狄拉克频率处的局域特性研究》文中提出二维材料因其独特的性质吸引了众多研究者的兴趣,其中最吸引人的特征之一是石墨烯电子能带结构中圆锥形的能带片段连接而成的奇点狄拉克点,该点处的模态密度为零,在其邻近范围内,模态密度线性衰减,色散曲线呈线性变化。近年来,由于光子晶体中的狄拉克点也具有不同寻常的色散关系,吸引了越来越多人的关注,对克莱因隧穿效应、量子震颤效应和赝扩散等行为进行了研究。同时,异于传统光子带隙或全内反射原理,狄拉克频率处的新型光局域和导光机制应运而生,这种狄拉克定域/导波模式由于具有独特的代数衰减特性,作为一种光子晶体的新颖类量子效应,将为新型光子器件、光子芯片结构、光学传感的设计增加可行性和灵活性。本文采用理论分析、数值计算和微波实验的方法,对不同波段、不同晶格类型、色散/非色散材料、二维/类二维光子晶体中狄拉克锥的性质以及狄拉克频率处的局域模和相关特性进行了深入的研究,主要研究工作和结果如下:1)电介质光子晶体狄拉克局域模式的数值模拟与实验分析。介绍具有高品质因数、代数形式的慢衰减速率以及稳定驻波特性的TE模式三角晶格光子晶体中的狄拉克频率局域模。在微小折射率差近似下分析了TM模式三角晶格光子晶体布里渊区角点处的简并性及其附近的色散特性,推导得到了TM模式下含缺陷三角晶格光子晶体所具有的与TE模式完全类似的狄拉克频率局域特性,利用数值方法计算了TM狄拉克局域模,验证了其特性,相关模拟结果与理论分析一致。讨论了蜂窝晶格、Kagome晶格、A7晶格等多种复式晶格光子晶体的狄拉克局域模式,丰富了理论的多样性,为制造优良性能的新型导波器件提供了多种选择。2)微波光子晶体谐振腔的狄拉克局域模式测试。设计了一种包含中心缺陷的二维微波光子晶体,计算了狄拉克频率下的局域模式,解释了这种模式的特殊性质,用实验测量了含缺陷和不含缺陷时光子晶体的透射谱,发现只有当引入缺陷时,狄拉克频率处才会出现谐振峰,峰值的频率不会随入射波方向的改变而改变,由于此测试中不会激发起边缘模式,因此该实验验证了一种局域模式的存在,即狄拉克频率处的局域模。虽然该实验是在微波频率范围内进行的,但根据光子晶体的比例缩放特性,这一结论可以扩展到其他电磁频段。3)金属光子晶体狄拉克局域模式的数值模拟与理论分析。推导了含损耗的金属色散介质光子晶体能带计算方法,该方法可以推广到不含损耗或包含非色散材料的光子晶体等各种简化模型。在微小折射率差近似下分析了TM模式下三角晶格金属光子晶体布里渊区角点处的简并性及其附近的色散特性,研究了光波段TM模式下含缺陷三角晶格金属光子晶体的狄拉克频率局域特性,研究了多种缺陷类型下微波金属光子晶体的TE/TM狄拉克局域特性,所有的理论结果均通过数值模拟进行了验证,理论与仿真具有良好的契合度。通过向金属介质柱光子晶体的背景中填充等离子体,实现了频率可调的狄拉克局域模。尽管金属为色散介质,介电函数依赖电磁波频率,但是通过研究可以发现,由金属介质柱构成的光子晶体谐振腔同样可以支持狄拉克频率局域模,展现出与电介质光子晶体谐振腔一样的性质,这为扩展新型器件的应用扩展提供了帮助。4)光子晶体平板狄拉克局域模式的数值模拟与理论分析。研究了平板模式与普通二维光子晶体模式间的关系,在微小折射率差近似下分析了三角晶格光子晶体平板在布里渊区角点处的简并性及其附近的色散特性,发现了在光子晶体平板中存在类TE模式的狄拉克锥,而这一狄拉克锥可以通过抬升相应二维光子晶体狄拉克锥的频率来获得。分析了平板谐振腔中的狄拉克频率局域特性,讨论了平板厚度对局域模式的影响。光子晶体平板在实际设计、加工、应用中所具有的实用性,将为新型器件的使用提供有力的支持。
郑任菲[6](2020)在《基于自旋轨道耦合的原子光学元件的理论研究》文中提出在量子世界中,粒子与波没有明确的界限。德布罗意提出所有具有质量的粒子都具有波动性。在超冷原子中,它们较大的德布罗意波长会使其波动性更加明显,超冷原子的实验实现为物质波光学打开了大门。我们可以用超冷原子研究物质波的波动特性,如干涉、衍射等现象。实验上用来研究原子光学现象的元件称为原子光学元件,如原子反射镜、原子透镜、原子分束器等。原子光学元件在原子分子物理、量子光学、量子信息处理和精密测量等方面都有重要应用。原子干涉仪是非常重要的原子光学器件,它在精密测量、导航、地质学等领域中都具有重要作用。原子镜和分束器是原子干涉仪中的关键部件,我们在本论文中主要围绕这两个物质波光学元件展开研究。自旋轨道耦合效应是粒子自旋和动量的耦合,它对于自旋电子学的研究是有意义的,我们可以在非磁性环境中通过自旋轨道耦合效应来操控体系的自旋。而材料中的自旋轨道耦合一般不容易被改变,所以我们可以利用超冷原子中的赝自旋轨道耦合效应,通过建立原子在非磁性势垒中的量子散射模型,来设计一些具有特定功能的自旋相关原子光学元件,这样我们就把原子光学和自旋电子学结合了起来。基于这些考虑,我们开展了以下理论工作:第一,我们研究了基于自旋轨道耦合的自旋依赖原子反射镜。我们令一束超冷原子入射到由激光产生的阶梯形势垒上,由于势垒中的原子是含有自旋轨道耦合的,所以原子可以实现自旋依赖的反射。我们根据势垒中波的传播特性,分析了原子在势垒中的不同散射过程。我们讨论了原子的反射率和自旋极化率随入射角、入射能量以及自旋轨道耦合强度的变化关系,找到了原子可以实现较高反射率和自旋极化率的参数空间,进而实现了高效率的自旋依赖原子反射镜。我们所设计的原子反射镜,将为实验上自旋依赖的原子干涉仪的设计提供帮助,并对精密测量和量子信息领域有重要意义。第二,我们研究了狄拉克-外尔费米子的自旋分束器。我们在二维光学晶格中利用拉曼激光实现了多组分超冷原子的自旋依赖跃迁,这种激光辅助的自旋依赖跃迁导致的低能激发,可以模拟任意自旋的狄拉克-外尔费米子。由于狄拉克-外尔费米子具有自旋轨道耦合以及手征的特性,我们在自旋3/2狄拉克-外尔费米子的双折射克莱因隧穿模型中利用Goos-H?nchen(GH)位移效应,设计了狄拉克-外尔费米子的物质波自旋分束器。我们分析了狄拉克-外尔费米子的透射率和GH位移随入射角、势垒宽度和势垒高度的变化关系,发现了在合适的参数范围内,分束器可以实现较高的分束效率。我们的成果为研究相对论粒子物质波的自旋依赖干涉现象提供了可能,并对高能物理中自旋干涉仪的研究具有重要意义。第三,我们研究了非磁性的原子单向自旋开关。我们让一非磁性方势垒从不同方向扫过一个自旋轨道耦合的超冷原子,由于自旋轨道耦合的存在,体系的伽利略不变性被破坏。对于某一方向扫过的势垒,原子的自旋只能单方向翻转,即当势垒从左(右)向右(左)扫过原子时,原子的自旋方向只能从向下(上)翻转到向上(下),而反过来的过程是不成立的。我们研究了不同势垒速度下原子的自旋依赖散射特性,并分析了不同势垒速度下原子的透射率和自旋极化率,发现当选取合适的速度范围时,原子可以实现自旋翻转全反射。我们还讨论了原子的透射率和自旋极化率随势垒宽度和势垒高度的变化关系。这些研究成果有助于我们更全面地理解原子单向自旋开关工作的物理机制,并为设计出新一代的单向自旋电子器件及量子器件提供了可能。
付济超[7](2020)在《基于亚波长结构的特异共振腔的若干研究》文中研究说明对光的认识与应用研究是科学发展史的重要组成部分。从19世纪麦克斯韦方程的提出与20世纪光子概念的建立以来,人们对光有了更清晰、更全面的认识,关注和研究的光学波段横跨X射线、可见、红外到太赫兹、微波、射频等,光学也在信息、能源等诸多领域有着越来越广泛的应用。传统的自然材料对光的调控能力有限;近些年来,人们发现利用亚波长结构可实现光与物质间的强相互作用,从而引入新的设计自由度、突破自然材料的限制、极大增强对光的调控能力。亚波长结构在对光的相位、幅度、频率的调制等方面取得了许多进展。共振腔有着重要的理论与应用意义,基于亚波长结构的特异共振腔的相关研究却鲜有。在本论文中,我们利用亚波长结构,针对腔的微型化、多功能化问题,提出了几种新构想,实现了块状自然材料无法实现的特异共振腔。我们设计并验证了一个在平面-平面几何形状下、却有着凹腔内才具有的高斯模式的共振腔。传统反射镜型的共振腔,利用腔镜的几何外形控制腔内模式。平凹或双凹腔模场小、模式更稳定,但是凹面镜不方便集成与制作。我们利用亚波长结构,使得平面状反射镜具有凹面镜的反射相位,平平腔支持类似于平凹腔中的高斯模式。相比相近尺寸的传统平平腔,我们的特异平平腔具有更大的品质因数(10倍以上),对腔镜平行度有更强的抗干扰能力。我们设计并验证了一个共振特性充分可调、尺寸超小(横向尺寸λ0/3000量级,λ0为自由空间中波长)的波导型共振腔。自然材料大部分是各向同性材料,等频率曲线是球形,缺乏调谐性;自然材料的介电常数较小,难以实现超小尺寸的共振腔。我们利用亚波长结构,实现了强各向异性的波导型双曲材料,其等频率曲线为双曲线型,支持超大的横向波矢;基于这种材料的共振腔,横向尺寸可以做到超小,并呈现反常标度律。我们设计并验证了一个超薄的共振腔,可以实现在λ0/500的厚度下完美吸收入射的电磁波。吸波在能源、军事等方面有着重要应用,器件的小型化有着重要意义。基于自然材料的早期吸波器件,一般采用高损材料,吸波带宽较宽,厚度为波长量级;常见的超材料吸波结构,通过组合电偶、磁偶共振模式以实现阻抗匹配,厚度在λ0/100量级。我们深入、系统地研究了金属-介质-金属型共振腔的共振特性随顶部金属片间狭缝的变化关系,提出了进一步降低厚度的可行方法,实验验证了λ0/500量级的吸波结构。文末是对论文的总结与展望。
朱学艺[8](2020)在《非厄米光学器件中新奇效应的研究》文中提出近年来,非厄米性质的研究引起了人们广泛的关注。时空对称性(Parity-Time Symmetry,PT)的研究揭示了非厄米哈密顿量的重要性,其不仅能够描述开放系统、增益损耗系统,更能够产生实数本征值,从而对应可观测的物理量。非厄米性质的研究极大拓展了人们的研究范围,提升了人们对非厄米系统的认识。电子系统的非厄米特性在真实实验系统中难以随心所欲地调控,而光学系统则由于其易调控、杂质少、易制备、易表征的优势,渐渐成为能够类比电子系统的优异实验平台。光子晶体的能带结构则能直接与电子材料的能带结构相互类比和启发。此外,光学系统的非厄米研究为人们提供了新的研究思路,拓展了人们对光学增益/损耗的认识。通过调节增益损耗的大小和空间分布,非厄米势能调制为系统提供了一个额外的自由度,能够对系统的本征值、能带结构进行调控。而非厄米自由度也能够带来新颖的光学现象和更强大的光学调控能力。非厄米研究与很多光学器件和光学体系都能够完美兼容,如光波导、光子晶体、光学谐振腔和光学超晶格等。这使得光学系统和非厄米研究能够相互促进,相得益彰。本论文主要聚焦于光学非厄米研究领域。将光学非厄米势能调制与传统光学器件相结合,探究由此引发的新现象和新效应。具体工作内容如下:1.设计了一种时空对称光栅。这种光栅由硅波导和银涂覆的二氧化硅波导交替组合而成,同时具有实部和虚部的光学调制。通过精确设计光栅的结构、尺寸等参数,我们在1550nm处成功构造出非对称的衍射级。此外,这种非对称的衍射效应是偏振依赖的,仅对TM偏振的模式产生响应。我们研究了硅波导和二氧化硅/银复合波导之间的距离对奇异点和非对称衍射之间的影响,表明了系统非对称衍射的根本原因在于损耗介质和结构设计共同作用下的结构非对称性。此外,我们还探究了不同入射角、不同增益损耗系数变化下,光栅非对称衍射的变化情况。2.设计了一种基于非厄米光学系统时空对称奇异点的光学多层膜结构。在近红外波段,通过带隙较小的III-V族半导体引入光学损耗。通过粒子群优化算法寻找损耗层的厚度和分布的最优解,使得此多层膜结构在1550nm的通讯波段展现出不对称的反射率,即多层膜的正向反射率和反向反射率具有较大差异。更重要的是,反射率较小的一侧在精确调控下,能够理论上达到反射率为0。在此结构下,通过外加光源入射到此结构中,利用半导体材料的光电效应所产生的光生载流子,能够引起半导体材料自身折射率发生变化。通过测量两侧反射率之间对比度的变化,实现外加光源探测。3.基于耦合共振光波导结构,设计了一种二维蜂窝点阵光子晶体。六角晶格和kagome晶格的复合使得光子晶体布里渊区不同高对称点处同时出现二重简并和三重简并的狄拉克点。复式晶格的特殊设计使得结构中产生破坏性干涉现象,从而导致在通讯波段中出现横跨布里渊区的平带色散。耦合共振光波导中的顺时针旋转模式和逆时针旋转模式在波导中的单向耦合能够形成人工规范场,从而实现赝自旋轨道耦合,能够使得狄拉克点简并打开并在平带和相邻能带间形成无能隙的边界态。我们基于这种拓扑边界态设计并模拟验证了形状不规则拓扑微腔、分束器这两个具有真实应用价值的器件。4.设计了一种基于光学耦合共振光波导的一维Su-Schrieffer-Heeger模型。我们利用耦合共振光波导所特有的单向耦合特性,将其与非厄米调制相结合,成功实现了左右非对称的耦合。当取开放边界和周期性边界条件时,奇异点的位置发生变化,从而产生特殊的体边对应关系。系统体态展现非厄米趋肤效应,即体态场分布局域在边界处。我们构建了紧束缚哈密顿模型并分别计算其在开放边界条件和周期边界条件下的相变点位置,并通过有限元模拟得到了光学结构的投影能带数据。
柯芝锦[9](2020)在《基于线性光学体系的量子资源研究》文中认为量子力学与信息学的结合产生了量子信息学。量子信息学的基础是使用量子态来编码信息,即量子比特。由于量子系统拥有纠缠和相干等量子关联,这些关联使得某些量子任务拥有超越经典任务的能力。由于这种重要性,纠缠和相干的资源化理论依次建立。在各种量子体系中,线性光学体系在研究量子系统性质方面拥有非常显着的优势,其中包括:光子与周围环境的耦合非常弱,光学体系的相干时间非常长,实验可以在常温下进行。因此,本文着眼于利用线性光学体系来研究量子系统的相干与纠缠的探测和度量。其中,第五到七章是本文的重点。第五章.量子相干应用:多路径干涉仪波粒二象性测量由于光子的波动性一开始是用干涉可见度来刻画的,因此,光子在干涉仪中的波粒二象性刻画和实验验证,长期停留在两路径的情形。随着量子相干资源化理论的兴起,研究者们提出了使用量子相干来刻画干涉仪中光子的波动性的方法,因此,适用于多路径的波粒二象性关系刻画的公式被陆续提出。在本章,我们搭设了一个三路径马赫-曾德干涉仪,使用l1范数相干度量刻画的相干来表达光子的波动性,实验上验证了一种紧的波粒二象性关系。第六章.与测量设备无关的通用纠缠目击实现纠缠目击的提出是为了帮助实验者快速判断一个量子态是否有纠缠,而不需要进行量子态层析。然而,纠缠目击的设计存在两个固有缺陷,一个是量子态依赖,另一个是测量设备依赖。前者限制了纠缠目击对未知量子态纠缠的探测,后者限制了纠缠目击探测结果的准确性。因此,我们实验上实现了一个与测量设备无关的通用纠缠目击(meausurement-device-independent and universal entanglement witness),并演示了其同时可以作为一种纠缠度量。这种新的方法可以同时解决纠缠目击存在的两个缺陷。第七章.计算机辅助的实验技术随着计算机技术的发展,计算机逐渐进入工业生产、生活等各个领域,极大提高了控制精度和生产效率。与此同时,基于线性光学体系的量子信息实验引入了越来越多的电控设备,这为计算机技术引入量子信息实验奠定了基础。在本章,我们介绍了在第五、六章实验中使用到的硬件设备控制程序的设计、编写和使用方法。
张科[10](2020)在《光学成像的纠缠傅里叶变换及分数压缩变换理论》文中进行了进一步梳理光学成像系统作为光学中一种最重要的信息处理系统,主要借助于线性变换理论和频谱分析技术,利用光的传播特性来传递物的结构、灰度和色彩等信息。发展光学信息传播和变换的理论,进而扩展光学系统成像的范围,提高成像精度,已成为现代光学中一个十分重要的前沿课题。例如,透镜作为几何光学系统中最基本的器件,其成像的理论对应的就是傅里叶变换。又例如,近年来提出的分数傅里叶变换理论可以应用于光纤中光的传播,也是光学衍射理论和光场的Wigner分布函数理论之间的桥梁。因此为了开发更多的光学应用领域,就急需我们去丰富和拓展积分变换理论。本文在传统的傅里叶光学变换(如傅里叶变换、分数傅里叶变换、菲涅尔变换等)的基础上发展出纠缠变换的内容,即提出光学纠缠傅里叶积分变换及分数压缩变换,为实验物理学家提供新的成像机制。此动议是来自于这样的考虑:在量子力学中有量子纠缠,那么它如何反映到光学变换中?例如寻求将两个独立的多项式xmyn的乘积的函数图像变换为双变量厄密多项式的函数图像(这也许可以通过设计新的透镜组合来实现),以对应目前正方兴未艾的量子纠缠的研究。鉴于连续变量的两体纠缠态的函数空间的基矢是双变量厄米多项式Hm,n(x,y),它是新的完备、正交的函数空间基,所以将两个独立的多项式xmyn变换为Hm,n(x,y)是一种经典纠缠变换,这在量子纠缠理论中将有广泛地应用。与传统的做法不同,我们将采用量子光学过渡到经典光学的途径来实现目标。本论文的研究内容主要包括以下三个部分:1.为了将待变换的光学图像函数纠缠起来,我们提出了纠缠傅里叶积分变换的概念,该变换具有逆变换以及模不变的特性。然后我们将此变换应用到量子力学的算符函数,在有序算符内的积分方法的帮助下研究了 Wigner算符的纠缠傅里叶积分变换,发现了一个经典函数的纠缠傅里叶积分变换只与它的Weyl对应算符在坐标——动量表象的矩阵元相关,这有助于我们发现另外的新光学变换,如分数压缩变换。在此研究过程中我们还推导出了新的算符排序公式,分别把P-Q排序、Q-P排序化为Weyl排序。2.将第一部分的工作推广到双模情形,进而提出了一种新的复形式的光学纠缠傅里叶积分变换,它可以在双模算符的纠缠态表象中的矩阵元与其Wigner函数之间建立一种新的关系。这个积分变换也保持模不变,也有可逆变换。在此基础上,结合复的Weyl-Wigner对应理论,我们发现了产生一个复分数压缩变换的双模算符。在推导过程中充分利用了双模Wigner算符的纠缠态表象和Weyl编序形式,给计算带来了方便。这两个阶段工作的成果都用了有序算符内的积分理论,自成系统,显示出系列性,是量子光学和经典光学相互借鉴的结晶。3.在前两部分工作基础上进行拓展,从经典量子扩散方程出发,利用密度算符的P表示,导出了量子密度算符的扩散方程。进一步通过引入量子算符的Weyl编序,结合其对应的Weyl量子化方案,导出了描述量子扩散通道的方程,给出了 Wigner算符在量子通道中的演化,展现了 Wigner算符从点源函数向t时刻高斯型函数的演化规律,它简洁而物理清晰。在此基础上,讨论了相干态经过量子扩散通道的演化情况。
二、浅议量子力学中波函数满足的三个基本条件(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、浅议量子力学中波函数满足的三个基本条件(论文提纲范文)
(1)基于微纳光波导的量子信息处理实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
第2章 基本概念与实验基础 |
2.1 基本概念 |
2.1.1 量子信息技术 |
2.1.2 集成光学芯片 |
2.1.3 光量子模拟 |
2.2 实验基础 |
2.2.1 量子光源 |
2.2.2 波导耦合系统 |
2.2.3 单光子探测器及符合测量设备 |
第3章 表面等离激元波导用于量子传感 |
3.1 表面等离激元波导 |
3.1.1 表面等离激元 |
3.1.2 表面等离激元体系中的量子光学效应 |
3.1.3 锥形光纤-银纳米线 |
3.2 实验装置及结果 |
3.2.1 双光子偏振纠缠态制备 |
3.2.2 共聚焦收集系统 |
3.2.3 测量光路及结果分析 |
3.3 表面等离激元波导量子传感讨论 |
3.3.1 系统损耗 |
3.3.2 相位超分辨和超灵敏测量 |
3.4 小结 |
第4章 基于飞秒激光直写波导的量子线路 |
4.1 飞秒激光直写玻璃波导 |
4.2 偏振无关量子器件 |
4.3 路径编码CNOT门 |
4.4 制备路径编码贝尔态 |
4.5 小结 |
第5章 光波导阵列用于量子模拟的理论和实验研究 |
5.1 集成光学波导中的紧束缚近似模型 |
5.1.1 傍轴条件光学薛定谔方程 |
5.1.2 光波导和电子系统对比 |
5.1.3 紧束缚模型描述波导阵列 |
5.1.4 其他应用 |
5.2 一维拓扑波导阵列中边界态演化的实验研究 |
5.2.1 SSH模型简介 |
5.2.2 有限格点SSH模型的边界态 |
5.2.3 实验系统与结果讨论 |
5.3 小结 |
第6章 基于谷相关拓扑保护波导的量子芯片 |
6.1 背景回顾 |
6.2 谷拓扑绝缘体基本结构与拓扑性质 |
6.2.1 系统哈密顿量 |
6.2.2 拓扑性质 |
6.2.3 样品结构设计与拓扑性质讨论 |
6.3 谷相关拓扑保护量子线路 |
6.3.1 谷相关的波分束 |
6.3.2 片上量子干涉 |
6.4 小结 |
第7章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(2)动力学方法与量子轨迹方法研究电子在晶体中的衍射及成像(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 电子显微镜的诞生 |
1.1.1 从光学显微到电子显微 |
1.1.2 电子显微镜的分辨率 |
1.2 电子显微镜的种类与发展 |
1.2.1 透射电子显微镜 |
1.2.2 扫描电子显微镜 |
1.2.3 扫描透射电子显微镜 |
1.2.4 其它 |
1.3 电子显微术与电子能谱技术 |
1.3.1 电子与固体相互作用 |
1.3.2 表面电子能谱 |
1.3.3 电子显微成像 |
1.3.4 电子衍射花样 |
1.4 电子散射的模拟方法 |
1.4.1 经典轨迹蒙特卡洛方法 |
1.4.2 量子力学计算方法 |
1.4.3 量子轨迹方法 |
1.5 本章小结 |
第2章 理论基础 |
2.1 电子衍射理论 |
2.1.1 晶体学基础知识 |
2.1.2 电子衍射的运动学理论 |
2.1.3 电子衍射的动力学理论 |
2.1.4 晶体势场 |
2.1.5 衍射束的选择 |
2.2 高能电子的相对论变换 |
2.2.1 相对论的诞生与基本假设 |
2.2.2 狭义相对论的基本公式和主要结论 |
2.2.3 相对论力学 |
2.2.4 四矢量(four-vector) |
2.2.5 高能电子的相对论变换 |
2.3 玻姆轨迹理论 |
2.3.1 背景介绍 |
2.3.2 玻姆力学的基本形式 |
2.3.3 玻姆轨迹的计算方法 |
2.3.4 玻姆轨迹的实验观测 |
2.3.5 不确定原理 |
2.3.6 非局域性 |
2.4 本章小结 |
第3章 透射电子显微镜中的电子衍射动力学模拟 |
3.1 衍射模式 |
3.2 理论方法 |
3.2.1 平行电子束的衍射花样 |
3.2.2 大角度会聚束电子衍射花样 |
3.3 平行电子束的电子衍射花样模拟 |
3.3.1 与运动学模型的对比 |
3.3.2 非弹性散射 |
3.3.3 电子束入射角度的影响 |
3.4 大角度会聚束电子衍射花样的模拟 |
3.4.1 会聚束电子衍射技术简介 |
3.4.2 各种参数对衍射花样的影响 |
3.4.3 对一些实验结果的模拟 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于布洛赫波的量子轨迹方法研究电子衍射 |
4.1 量子轨迹计算方法 |
4.2 理论方法 |
4.2.1 量子轨迹 |
4.2.2 量子势 |
4.3 弹性散射模拟 |
4.3.1 波函数概率密度的截面 |
4.3.2 晶体中的通道效应 |
4.3.3 三维量子轨迹 |
4.3.4 经典势与量子势 |
4.4 非弹性散射的模拟 |
4.5 本章小结 |
第5章 电子背散射衍射花样的模拟方法 |
5.1 背景介绍 |
5.2 理论方法 |
5.2.1 动力学方法 |
5.2.2 量子轨迹方法 |
5.2.3 动量期望方法 |
5.3 模拟结果与讨论 |
5.3.1 电子通道花样 |
5.3.2 电子背散射衍射花样 |
5.3.3 电子背散射衍射球面的构建 |
5.3.4 背散射衍射花样的量子轨迹模拟 |
5.4 本章小结 |
第6章 量子轨迹蒙特卡洛方法研究原子分辨率的二次电子成像 |
6.1 背景介绍 |
6.1.1 原子分辨率技术的现状 |
6.1.2 原子分辨率二次电子成像的理论模型 |
6.2 理论方法 |
6.2.1 布洛赫波量子轨迹方法 |
6.2.2 价电子激发 |
6.2.3 内壳层激发 |
6.2.4 量子轨迹蒙特卡洛模拟方法 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 成像机制分析 |
6.3.2 二次电子的原子分辨成像模拟 |
6.3.3 信号产生深度的分析 |
6.3.4 材料表面的三维分辨 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结 |
参考文献 |
附录A 常用物理常数 |
附录B Lorentz变换 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(3)窄禁带半导体雪崩理论(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 红外光电探测器 |
1.1.1 红外探测器 |
1.1.2 红外光子探测器的类型 |
1.2 碲镉汞红外探测器 |
1.2.1 碲镉汞材料性质 |
1.2.2 碲镉汞光电探测器与雪崩光电二极管 |
1.3 经典雪崩模型 |
1.3.1 热载流子理论 |
1.3.2 雪崩倍增理论 |
1.3.3 随机过程与Monte Carlo模拟 |
1.4 本论文主要工作 |
1.4.1 本论文研究目的 |
1.4.2 本论文研究内容 |
第2章 中波碲镉汞电子动力学与散射机制修正 |
2.1 非抛物导带中的动力学 |
2.2 基于量子力学的碰撞离化率及本论文的修正 |
2.3 非抛物导带中的电子的极化光学声子散射修正 |
2.4 Hg_(0.7)Cd_(0.3)Te中的合金散射 |
2.5 其他散射与其他材料中的散射 |
2.6 本章小结 |
第3章 载流子输运的空间描述理论 |
3.1 雪崩信号读出过程与空间描述理论 |
3.2 空间描述下的输运理论 |
3.3 空间描述理论应用于简单两电子系统 |
3.4 空间描述理论中的轨迹重叠问题解决方法 |
3.5 空间描述理论中的正向散射过程 |
3.6 关于各向同性散射期望值的定理 |
3.7 关于各向异性散射过程期望值的定理 |
3.8 各向异性散射过程的期望值定理在碲镉汞材料的应用 |
3.9 热电子的运动方程 |
3.10 空间描述中匀强电场中的速度饱和与过冲 |
3.11 本章小结 |
第4章 空间描述理论下中波碲镉汞主要散射过程背向散射修正 |
4.1 背向散射过程中的碰撞离化 |
4.2 背向散射中物理量修正的一般框架 |
4.3 极化光学声子的能量弛豫修正 |
4.4 背向散射修正在中波碲镉汞器件上的应用 |
4.5 本章小结 |
第5章 不完全雪崩理论与影子区域修正 |
5.1 单载流子雪崩的不完全雪崩理论 |
5.2 影子区域修正 |
5.3 本章小结 |
第6章 空间描述理论中历史依赖的雪崩模型 |
6.1 历史依赖的雪崩模型 |
6.2 空间描述理论中历史依赖的雪崩模型 |
6.3 空间描述理论中历史依赖的雪崩模型在中波碲镉汞器件上的应用 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 主要研究成果 |
7.2 存在的问题与后期工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)三维时间片最大纠缠态的最优检测(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 贝尔非定域性的研究背景与现状 |
1.2 隐藏变量模型与EPR佯谬 |
1.3 量子纠缠与纠缠态检测研究背景与现状 |
1.4 本文主要工作 |
第二章 局部隐藏变量模型与贝尔不等式 |
2.1 贝尔情景 |
2.2 概率相关性的数学表征 |
2.2.1 一般定义 |
2.2.2 无信号关联 |
2.2.3 定域关联 |
2.3 定域多胞体 |
2.3.1 局部确定性隐藏变量 |
2.3.2 定域多胞体与定域behaviors |
2.4 CHSH不等式 |
2.5 量子力学与CHSH不等式 |
2.6 定域实在论与量子纠缠 |
2.7 非定域与量子纠缠 |
2.8 本章小结 |
第三章 量子光学基础 |
3.1 基本概述 |
3.2 场量子化 |
3.2.1 单模场的量子化 |
3.2.2 单模场的量子涨落 |
3.2.3 多模场 |
3.3 光的波动性 |
3.3.1 均匀介质中光的波动性 |
3.3.2 时间相干性与空间相干性 |
3.4 分束器与干涉仪 |
3.4.1 分束器的量子力学描述 |
3.4.2 单光子干涉 |
3.5 本章小结 |
第四章 量子纠缠与纠缠检测 |
4.1 简单概述 |
4.2 两体纯态纠缠 |
4.2.1 施密特分解 |
4.3 混态与纠缠 |
4.3.1 混态 |
4.3.2 混态纠缠 |
4.4 可分判据 |
4.4.1 PPT判据 |
4.4.2 CCNR判据 |
4.5 纠缠见证 |
4.5.1 纠缠见证的构建 |
4.6 纠缠见证的测量 |
4.6.1 两量子比特的纠缠见证 |
4.6.2 纠缠见证算符的分解 |
4.7 关于纠缠见证的效率 |
4.8 本章小结 |
第五章 最优纠缠检测的验证 |
5.1 纠缠光子对的产生 |
5.2 量子态的制备 |
5.3 实验检测方案 |
5.3.1 纠缠见证检测方案 |
5.3.2 纠缠维度测检测方案 |
5.4 纠缠见证与纠缠维度检测的理论分析 |
5.4.1 纠缠见证检测理论分析 |
5.4.2 纠缠维度检测理论分析 |
5.5 纠缠见证与纠缠维度检测实验方案 |
5.5.1 纠缠见证检测实验方案 |
5.5.2 纠缠维度检测方案 |
5.6 实验数据分析 |
5.6.1 纠缠见证检测实验数据分析 |
5.6.2 纠缠维度检测实验数据分析 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文内容的总结 |
6.2 关于本课题的展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的成果 |
(5)二维及类二维光子晶体在狄拉克频率处的局域特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 二维材料 |
1.1.1 二维材料简介 |
1.1.2 石墨烯 |
1.2 光子晶体 |
1.3 狄拉克锥 |
1.3.1 二维材料狄拉克锥 |
1.3.2 光子晶体狄拉克锥 |
1.4 论文的研究内容及结构安排 |
2 光子晶体的基本性质与研究方法 |
2.1 光子晶体的理论基础 |
2.1.1 光子晶体中的波动方程 |
2.1.2 比例缩放法则 |
2.1.3 时间反演对称性 |
2.1.4 模式对称性 |
2.2 光子晶体的数值计算方法 |
2.2.1 平面波展开法 |
2.2.2 时域有限差分法 |
3 二维电介质光子晶体的狄拉克局域模式 |
3.1 TE偏振狄拉克局域模 |
3.1.1 布里渊区角点的简并性 |
3.1.2 布里渊区角点附近的线性色散关系 |
3.1.3 狄拉克频率处的模式分析 |
3.1.4 狄拉克频率处的缺陷局域模 |
3.1.5 基模品质因数 |
3.1.6 高阶模式 |
3.2 TM偏振狄拉克局域模 |
3.2.1 TM偏振下光子晶体的狄拉克锥 |
3.2.2 TM偏振下光子晶体的狄拉克频率局域模 |
3.3 复式晶格光子晶体狄拉克局域模 |
3.3.1 蜂窝晶格光子晶体的狄拉克频率局域模 |
3.3.2 Kagome晶格光子晶体的狄拉克频率局域模 |
3.3.3 A7 晶格光子晶体的狄拉克频率局域模 |
3.4 微波光子晶体狄拉克局域模的实验研究 |
3.4.1 二维微波光子晶体谐振腔的设计 |
3.4.2 实验过程和结果分析 |
4 二维金属光子晶体的狄拉克局域模式 |
4.1 二维金属光子晶体的能带计算 |
4.1.1 TM模式 |
4.1.2 TE模式 |
4.1.3 二维金属光子晶体能带特征 |
4.2 二维金属光子晶体的狄拉克频率局域模 |
4.2.1 金属光子晶体中的狄拉克点 |
4.2.2 TM偏振下光子晶体的狄拉克频率局域模 |
4.3 微波金属光子晶体狄拉克频率局域模的研究 |
4.3.1 TM模式 |
4.3.2 TE模式 |
4.3.3 实验方案 |
5 类二维光子晶体平(薄)板的狄拉克局域模式 |
5.1 光子晶体平板的能带计算 |
5.2 光子晶体平板模式与相应二维光子晶体模式的关系 |
5.3 光子晶体平板中的狄拉克频率局域模 |
6 总结与展望 |
6.1 研究总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
(6)基于自旋轨道耦合的原子光学元件的理论研究(论文提纲范文)
内容摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 原子光学的发展 |
1.2 激光冷却与囚禁技术 |
1.3 超冷原子体系简介 |
1.4 自旋轨道耦合效应 |
1.4.1 自旋霍尔效应 |
1.4.2 反常霍尔效应 |
1.5 超冷原子的自旋轨道耦合 |
1.6 本文的创新点和研究内容 |
第二章 原子的赝自旋轨道耦合 |
2.1 自旋轨道耦合的起源 |
2.1.1 经典解释 |
2.1.2 相对论量子力学中的自旋轨道耦合 |
2.2 原子赝自旋轨道耦合的产生 |
2.2.1 双光子拉曼耦合 |
2.2.2 原子赝自旋轨道耦合的实验实现 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于自旋轨道耦合的原子反射镜 |
3.1 引言 |
3.2 理论模型 |
3.2.1 阶梯势垒散射模型 |
3.2.2 消逝波的不同状态 |
3.3 原子反射镜的不同散射状态 |
3.4 反射率和极化率的计算 |
3.5 入射角和自旋轨道耦合强度对原子反射镜的影响 |
3.6 一维自旋轨道耦合情况 |
3.7 讨论 |
3.8 本章小结 |
第四章 狄拉克-外尔费米子的自旋分束器 |
4.1 引言 |
4.2 石墨烯中的狄拉克费米子 |
4.3 克莱因隧穿 |
4.4 光晶格中的原子自旋依赖跃迁 |
4.4.1 光晶格的形成 |
4.4.2 自旋依赖跃迁的实现 |
4.5 任意自旋的狄拉克-外尔费米子 |
4.6 狄拉克-外尔费米子的双折射克莱因隧穿 |
4.6.1 自旋3/2的狄拉克-外尔费米子的双折射隧穿模型 |
4.6.2 自旋3/2的狄拉克-外尔费米子的透射率 |
4.7 狄拉克-外尔费米子的Goos-H?nchen位移 |
4.7.1 GH位移效应 |
4.7.2 自旋3/2的狄拉克-外尔费米子的GH位移 |
4.8 影响狄拉克-外尔费米子自旋分束器效率的因素 |
4.8.1 透射率和GH位移与入射角的关系 |
4.8.2 透射率和GH位移与势垒宽度的关系 |
4.8.3 透射率和GH位移与势垒高度的关系 |
4.9 讨论 |
4.10 本章小结 |
第五章 非磁性原子单向自旋开关 |
5.1 引言 |
5.2 理论模型 |
5.2.1 单原子散射模型 |
5.2.2 伽利略不变性的破坏 |
5.3 不同势垒速度下的原子散射特性 |
5.4 透射率和自旋极化率的计算 |
5.5 势垒对原子单向自旋开关的影响 |
5.5.1 低势垒下势垒速度对透射率和自旋极化率的影响 |
5.5.2 高势垒下势垒速度对透射率和自旋极化率的影响 |
5.5.3 势垒高度和宽度对透射率和自旋极化率的影响 |
5.5.3.1 低速势垒情况 |
5.5.3.2 中速势垒情况 |
5.5.3.3 高速势垒情况 |
5.6 讨论 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
附录A 狄拉克-外尔费米子反射率和透射率的求解 |
参考文献 |
科研成果目录 |
致谢 |
(7)基于亚波长结构的特异共振腔的若干研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 典型亚波长结构与作用机理 |
1.1.1 金属亚波长结构与表面等离激元 |
1.1.2 介质亚波长结构与Mie共振 |
1.2 超材料与超表面 |
1.3 双曲材料 |
1.4 吸波结构 |
1.5 腔 |
1.6 论文的主要内容与创新点 |
第二章 研究方法 |
2.1 理论模型 |
2.1.1 电磁场的本征值问题 |
2.1.2 时域耦合模理论 |
2.1.3 非厄密量子力学与光学准正则模式 |
2.2 数值模拟方法 |
2.2.1 单元结构仿真(COMSOL) |
2.2.2 本征值的计算(COMSOL) |
2.2.3 本征值的计算(Lumerical) |
2.2.4 本征值的计算(CST) |
2.3 实验材料与测试装置 |
2.3.1 实验材料的选择 |
2.3.2 激发源的选择与天线的仿真、制作 |
2.3.3 模场扫描平台 |
2.3.4 吸收率测量平台 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于超表面的平平开放腔 |
3.1 研究意义 |
3.2 理论分析 |
3.2.1 腔内共振模式与稳态条件 |
3.2.2 超构腔所需相位分布 |
3.3 超表面设计 |
3.4 实验验证与分析 |
3.4.1 实验验证 |
3.4.2 对超构腔的稳定性的分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于波导双曲材料的深亚波长共振腔 |
4.1 研究意义 |
4.2 波导超材料简介 |
4.3 波导双曲超材料 |
4.3.1 双曲线型IFC |
4.3.2 宽频特性 |
4.3.3 构造WHM腔 |
4.3.4 反常标度律 |
4.3.5 WHM腔的实验验证 |
4.4 讨论 |
4.4.1 非局域效应——从波导超材料到WHM |
4.4.2 影响最大波矢的因素——材料损耗 |
4.4.3 实验测试问题——如何有效激发腔模式 |
4.5 本章小结 |
第五章 基于深亚波长狭缝的超薄腔 |
5.1 研究意义 |
5.2 原理分析 |
5.3 物理模型与仿真研究 |
5.3.1 狭缝对Q值的影响 |
5.3.2 狭缝进一步变窄 |
5.4 实验验证 |
5.5 讨论 |
5.5.1 双频吸收与电场增强 |
5.5.2 回顾厚度-带宽极限 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
参考文献 |
作者简介 |
基本情况 |
攻读博士学位期间发表的学术论文及专利 |
(8)非厄米光学器件中新奇效应的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
§1.1 非厄米与时空对称性 |
§1.2 时空对称光子学 |
1.2.1 光学中的时空对称性 |
1.2.2 基于时空对称性的新颖光学效应和功能 |
§1.3 拓扑光子学 |
1.3.1 物理学中的拓扑 |
1.3.2 光学中的拓扑绝缘体及创新 |
§1.4 非厄米拓扑性质 |
1.4.1 非厄米拓扑 |
1.4.2 光学非厄米拓扑新颖效应及应用 |
§1.5 本论文研究思路和论文结构 |
参考文献 |
第二章 时空对称光栅及其非对称衍射 |
§2.1 引言 |
§2.2 时空对称光栅 |
2.2.1 结构设计 |
2.2.2 时空对称光栅折射率调制的等比例变换 |
2.2.3 非对称衍射现象 |
2.2.4 EP点调制 |
§2.3 耦合波方程 |
§2.4 本章小结 |
参考文献 |
第三章 光学多层膜奇异点用于光探测增强 |
§3.1 简介 |
§3.2 非厄米简并点对于外界微扰的响应。 |
3.2.1 本征态存在自发耦合 |
3.2.2 本征态无自发耦合 |
§3.3 粒子群优化算法简介 |
§3.4 III-V族半导体多层膜结构的奇异点 |
§3.5 半导体材料载流子注入对折射率的影响分析 |
§3.6 III-V族半导体奇异点结构对外界光的响应 |
§3.7 本章小结 |
参考文献 |
第四章 耦合共振光波导中的拓扑边界态及平带色散 |
§4.1 简介 |
§4.2 二维蜂窝结构耦合共振光波导 |
§4.3 理论模型 |
4.3.1 能带与无能隙边界态 |
4.3.2 非平庸Z_2拓扑不变量。 |
§4.4 拓扑保护边界态场分布及其鲁棒性验证 |
§4.5 基于耦合共振光波导的器件设计 |
4.5.1 边界调制作用 |
4.5.2 增益损耗调制 |
4.5.3 光学微腔与分束器 |
§4.6 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于耦合共振光波导的非厄米趋肤效应及体边不对应 |
§5.1 简介 |
§5.2 结构设计 |
§5.3 理论模型 |
§5.4 非厄米趋肤效应 |
§5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 结论与展望 |
§6.1 结论 |
§6.2 展望 |
攻读博士学位期间发表论文 |
致谢 |
(9)基于线性光学体系的量子资源研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
第二章 线性光学系统介绍 |
2.1 量子光源 |
2.1.1 预报单光子源 |
2.1.2 纠缠光源 |
2.2 量子态演化 |
2.3 量子测量 |
2.4 小结 |
第三章 量子纠缠 |
3.1 纠缠的定义 |
3.2 纠缠判定准则 |
3.2.1 PPT准则(positive partial transpose criterion, PPT criterion) |
3.2.2 矩阵重排准则(matrix realignment criterion) |
3.3 纠缠的分类 |
3.4 纠缠目击(entanglement witness) |
3.4.1 纠缠目击的性质 |
3.4.2 纠缠目击的设计 |
3.4.3 纠缠目击的缺陷 |
3.4.4 与测量设备无关的纠缠目击 |
3.5 纠缠的度量 |
3.5.1 纠缠度量要满足的公理化条件 |
3.5.2 纠缠蒸馏(entanglement of distillation) |
3.5.3 纠缠形成(entanglement of formation) |
3.5.4 concurrence |
3.5.5 negativity |
3.5.6 纠缠相对熵(relative entropy of entanglement) |
3.5.7 纠缠鲁棒性(robustness of entanglement) |
3.6 小结 |
第四章 量子相干 |
4.1 量子相干的资源化理论 |
4.1.1 非相干态的定义 |
4.1.2 最大相干态的定义 |
4.1.3 非相干操作的定义 |
4.2 相干度量 |
4.2.1 具有操作意义的相干度量 |
4.2.2 满足公理化条件的相干度量 |
4.2.3 常用的相干度量 |
4.3 相干目击 |
4.4 小结 |
第五章 量子相干应用:多路径干涉仪波粒二象性测量 |
5.1 波粒二象性介绍 |
5.1.1 两路径干涉仪中的波粒二象性 |
5.1.2 基于l_1范数定义的波粒二象性 |
5.2 多路径干涉仪的波粒二象性 |
5.2.1 方案介绍 |
5.2.2 实验实施和装置 |
5.2.3 可见度C和可区分度D的求值 |
5.2.4 数据分析 |
5.3 小结 |
5.4 附录: 三路径干涉仪密度矩阵ρ的推导 |
第六章 与测量设备无关的通用纠缠目击实现 |
6.1 问题背景 |
6.1.1 纠缠目击存在的问题 |
6.1.2 NPT纠缠的分类 |
6.2 通用纠缠探测 |
6.2.1 半量子游戏框架及其与纠缠探测的联系 |
6.2.2 MDI-UEW |
6.2.3 纠缠目击度量(entanglement-witness measure,EWM) |
6.3 实验实施和装置 |
6.4 数据分析 |
6.5 小结 |
6.6 附录:本章公式推导 |
6.6.1 纠缠目击算子拆分为量子问题态 |
6.6.2 实验中使用的正定算符值测量(POVM) |
6.6.3 贝尔对角态的分类 |
6.6.4 选择W_0作为量子问题态来源的原因 |
6.6.5 遍历获得最优POVM基Z的方法 |
第七章 计算机辅助的实验技术 |
7.1 什么是计算机辅助技术 |
7.2 为什么要使用计算机辅助技术 |
7.3 实现技术 |
7.3.1 图形界面程序 |
7.3.2 面向对象编程 |
7.3.3 CSharp语言简介 |
7.4 综合硬件控制程序设计 |
7.4.1 常用硬件介绍 |
7.4.2 需求分析 |
7.4.3 类设计的实例 |
7.4.4 界面构建 |
7.5 使用方法介绍 |
7.6 小结 |
第八章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
(10)光学成像的纠缠傅里叶变换及分数压缩变换理论(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 量子光学表象的正态分布与IWOP方法 |
1.1 引言 |
1.2 坐标测量算符的正态分布形式 |
1.3 从正态分布到坐标表象的建立 |
<0|的正规排列形式的证明'>1.4 真空场|0><0|的正规排列形式的证明 |
1.5 从正态分布算符求谐振子本征函数 |
1.6 正规乘积算符内积分法求压缩算符--单模情形 |
1.7 正规乘积算符内积分法求压缩算符--双模情形 |
1.8 本章小结 |
第2章 相干态的导出与应用 |
2.1 正规乘积的性质 |
2.2 从复数形式的正态分布导出相干态表象 |
2.3 从相干态表象导出菲涅尔算符 |
2.4 菲涅尔变换的性质--量子刘维定理 |
2.5 相干纠缠态表象 |
2.6 反正规乘积排序 |
2.7 本章小结 |
第3章 算符的Weyl编序和Weyl-Wigner对应规则 |
3.1 Weyl-Wigner对应规则 |
3.2 Weyl编序记号的引入 |
<0|的Weyl编序'>3.3 真空算符|0><0|的Weyl编序 |
3.4 Weyl编序在相似变换下的不变性 |
3.5 用Weyl对应导出Wigner算符的相干态表象 |
3.6 Wigner函数 |
3.7 P-Q排序和Q-P排序 |
3.8 本章小结 |
第4章 纠缠态表象 |
'>4.1 两体纠缠态表象|η> |
的共轭表象|ξ>'>4.2 |η>的共轭表象|ξ> |
态的纠缠分析'>4.3 |η>态的纠缠分析 |
4.4 用纠缠态表象讨论双模压缩算符 |
4.5 纠缠态表象中的Wigner函数 |
4.6 纠缠态表象对应的Weyl变换关系 |
4.7 两个态的Wigner函数乘积在相空间中的积分 |
4.8 纠缠Wigner函数对应的上界 |
4.9 纠缠形式的Wigner算符的Weyl编序 |
4.10 Wigner函数在振幅衰减通道中的时间演化 |
4.11 本章小结 |
第5章 纠缠傅里叶积分变换的来源 |
5.1 傅里叶积分在光学中的实现 |
5.2 纠缠傅里叶变换的积分核的来源 |
5.3 纠缠傅里叶积分变换的定义及其性质 |
5.4 纠缠傅里叶变换与经典函数量子化的P-Q和Q-P排序 |
5.5 从P-Q和Q-P编序到Weyl编序 |
5.6 从Weyl编序到P-Q和Q-P排序 |
5.7 P-Q排序和Q-P排序的互换 |
5.8 本章小结 |
第6章 量子光场中的单模纠缠傅里叶积分变换 |
6.1 单模Wigner算符的纠缠傅里叶积分变换 |
6.2 函数的纠缠傅里叶变换和其Weyl对应算符的矩阵元 |
6.3 利用纠缠傅里叶变换推导出分数压缩算符 |
6.4 本章小结 |
第7章 量子光场中的双模纠缠傅里叶积分变换 |
<η|ζ><ξ|和双模Wigner算符的纠缠积分变换'>7.1 联系|η><η|ζ><ξ|和双模Wigner算符的纠缠积分变换 |
7.2 纠缠态表象中双模算符的矩阵元与其Wigner函数的新关系 |
7.3 复分数压缩变换的推导 |
7.4 本章小结 |
第8章 量子扩散通道中Wigner算符的演化规律 |
8.1 从经典扩散导出量子扩散方程 |
8.2 相干光场的扩散 |
8.3 Wigner算符在扩散通道中的演化 |
8.3.1 扩散通道中Wigner算符的演化方程 |
8.3.2 Wigner算符的演化——Weyl编序形式 |
8.4 本章小结 |
第9章 总结与展望 |
9.1 本论文的主要创新点 |
9.2 下一步将开展的研究工作 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
四、浅议量子力学中波函数满足的三个基本条件(论文参考文献)
- [1]基于微纳光波导的量子信息处理实验研究[D]. 陈阳. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]动力学方法与量子轨迹方法研究电子在晶体中的衍射及成像[D]. 程珑. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]窄禁带半导体雪崩理论[D]. 谢润章. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [4]三维时间片最大纠缠态的最优检测[D]. 曹睿. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]二维及类二维光子晶体在狄拉克频率处的局域特性研究[D]. 胡磊. 合肥工业大学, 2021(02)
- [6]基于自旋轨道耦合的原子光学元件的理论研究[D]. 郑任菲. 华东师范大学, 2020(02)
- [7]基于亚波长结构的特异共振腔的若干研究[D]. 付济超. 浙江大学, 2020(02)
- [8]非厄米光学器件中新奇效应的研究[D]. 朱学艺. 南京大学, 2020(04)
- [9]基于线性光学体系的量子资源研究[D]. 柯芝锦. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [10]光学成像的纠缠傅里叶变换及分数压缩变换理论[D]. 张科. 中国科学技术大学, 2020(01)