温度对光学微腔光子激子系统玻色凝聚的影响.pdfVIP

第59卷 第12期2010年12月 物摇 理摇 学摇 报 Vol.59,No.12,December,2010 1000鄄3290/ 2010/ 59(12)/ 8摇377鄄08 ACTA PHYSICA SINICA 訫2010 Chin.Phys.Soc. 温度对光学微腔光子激子系统玻色凝聚的影响* 覮 程正富 摇 龙晓霞摇 郑瑞伦 (重庆文理学院物理系,重庆摇 402160) (2010年2月18 日收到;2010年7月19 日收到修改稿) 摇 摇 建立了光学微腔中光子激子系统的物理模型,确定了光学微腔宽度为常数和可变这两种情况下玻色凝聚时化 学势的变化范围和粒子数密度随温度和位置的变化规律.以半导体GaAs光学微腔为例,探讨了温度对玻色凝聚的 影响.研究表明:系统出现玻色凝聚时激子化学势的变化范围与材料介电函数、微腔宽度有关,而光子和激子的粒 子数密度及总粒子数还与温度有关.玻色凝聚温度理论值与实验值接近.刚出现玻色凝聚时,光子和激子的粒子数 密度几乎相等,且局限在r=0 的附近;随着温度的降低,光子和激子的粒子数密度都增加,且存在的范围也不断扩 大;不论光学微腔宽度是否可变,光子和激子的粒子数密度以及总粒子数都随温度的降低而增大,光子数总是多于 激子数. 关键词:光学微腔,光子激子系统,玻色凝聚,温度 PACC:0530 粒子数随位置和温度的变化规律.对这个问题的研 1郾 引 言 究,不仅对丰富和完善微腔量子电动力学有重要的 理论意义,而且对研制无感应极化声子激光器等也 自1924年预言玻色凝聚现象以来,如何在实验 有重要的应用价值.为此,本文将以GaAs光学微腔 室中实现并观察该现象是一个重要问题.20世纪80 为例,探讨温度对光学微腔光子激子系统玻色凝聚 年代以来,激光冷却、磁光陷阱等技术的突破性进 的影响. 展,为实现玻色凝聚创造了条件,并于1995 年实现 [1] 了碱金属蒸气的玻色凝聚 .1997 年实验观察到两 2郾 物理模型和满足的方程 凝聚体重叠时物质波的干涉条纹,说明凝聚体原子 [2] 是长程相关和相干的 .实验表明:在含量子阱的 在激光和探针的作用下,样品中会形成宽度L0 光学微腔共振激发时,会出现光子激子系统的玻色 [6] 为常数和宽度L 可变的光学微腔 (图1).在激光 [3—5] 凝聚 .文献[6]对GaAs光学微腔的光子激子系 和探针施以的简谐力作用下,微腔中形成垂直于z 统的玻色凝聚进行了实验研究,表明温度低于玻色 轴方向的量子阱. 当系统能量极小时,光子和激子 凝聚临界温度 T 时,微腔中会发生玻色凝聚.文献c 处于相位相反的玻色凝聚态.一般情况下,系统状 [7—10]对玻色凝聚临界温度与势场的关系、临界 态为 温度附近热容量随温度变化的规律、粒子数判据等