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两能级原子在压缩真空态光场中双光子过程的细致平衡和熵的演化
第46卷 第 10 期 1997 年10 月 物 理 学 报 Vol.46, No. 10,October, 1997
1000-3290/ 97/46( 10)/ 1926-06 A TA PHYSI A SINI A n 1997 hin. Phys. Soc.
*
1) 2) 1)
冯勋立 何林生
1) ( 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031)
2) ( 青岛海洋 学物理系, 青岛 266003)
( 1997 年 1 月9 日收到)
利用细致平衡原理和熵的演化,研究了与压缩真空态光场进行简并双光子耦合的两能级
系统的稳定性.发现当压缩真空态光场的压缩参数较小时, 系统是不稳定的; 而当压缩真空态
光场的压缩参数为实数并且很 时, 系统达到一种远离平衡态的稳定状态.
PACC: 4250; 3280
1 引 言
[ 1]
细致平衡原理和熵在统计物理中占有十分重要的地位. 1978 年Walls 等 利用细致
平衡原理和熵的演化( 玻耳兹曼H 定理) , 研究了受相干光场驱动的两能级原子( 共振荧
光) 的稳定性, 探讨了细致平衡原理和玻耳兹曼H 定理之间的内在联系. 发现细致平衡原
理只在强相干驱动场的极限情况下才被满足, 表明两能级原子在强相干光场的驱动下可
达到一个远离平衡态的稳定状态. 熵的演化进一步证明了这一结论. 最近, Osman 和Has-
[2]
san 利用文献[ 1] 的方法, 研究了一个和两个两能级原子与多模压缩真空态光场之间的
单光子相互作用过程, 发现两种情况均不满足细致平衡原理.
目前人们对原子与压缩态光场相互作用的研究倾注了很 的热情, 也发现了许多有
[ 3) 5]
趣的现象 . 我们对压缩态光场与两能级原子的双光子相互作用的问题作了系统的研
[6 ) 8]
究 , 采用的方法是把多模压缩真空态光场作为库场代替一般真空库, 发现双光子过
程中压缩真空库算符的平均值不等于零, 它对原子具有一种内在的/ 驱动作用0 , 使得在没
[7] [ 8]
有外加驱动场的情况下原子的双光子荧光谱 呈现三峰结构, 荧光的二阶关联函数 出
现振荡现象.双光子荧光的这些特点与一般真空库中受外加相干场驱动的两能级原子的
[ 9]
单光子共振荧光 类似. 人们自然会提出这样的问题: 压缩真空态光场中的两能级原子
在双光子过程中是否满足细致平衡原理呢? 双光子过程的熵随时间的演化又是怎样的
呢? 本文就这些问题作了研究并得出了相应的结论.
* 国家自然科学基金资助的课题.
10 期 冯勋立等: 两能级原子在压缩真空态光场中双光子过程的细致平衡和熵的演化 1927
2 理论模型及双光子Bloch 方程的解
考虑一等效两能级原子与多模压缩真空态光场进行简并双光子耦合, 假设单光子跃
迁是禁戒跃迁, 在旋转波近似和偶极近似下, 系统的哈密顿量可表示为
1 2 * 2
H = Ü8Rz + Ü Xkbkbk + Ü (gk R bk + g k bk R) , (
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