Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Ֆոտոնային բլոկադայի և փուլային փականքի ստացումը կեռի ոչ գծային մարող համակարգերում

Հովսեփյան, Գոռ Հրաչյայի (2017) Ֆոտոնային բլոկադայի և փուլային փականքի ստացումը կեռի ոչ գծային մարող համակարգերում. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (17Mb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (3417Kb)

      Abstract

      Ատենախոսության նպատակն է հետազոտել, առաջարկել համակարգեր ֆոտոնային բլոկադայի և քվանտային փուլային փականքի իրականացման համար։ Ֆոտոնային բլոկադայի նկատմամբ հետաքրքրությունը պայմանավորված է տեխնոլոգիաներում դրա լայն կիրառմամբ։ Քանի որ ֆոտոնային բլոկադայում մեկ ֆոտոնը կառավարում է մյուսի մուտքը համակարգ, ապա կառավարելի ֆոտոնային բլոկադայի դեպքում հնարավոր է ստանալ ֆոտոնային տրանզիստորներ։ Միաֆոտոն տրանզիստորի իրագործման մոդել առաջարկվել է նանոչափերի մակերեսային պլազմոններում ֆոտոնային բլոկադայի իրագործմամբ [1], իսկ կիսահաղորդչային միկրոռեզոնատորներում, կրկին ֆոտոնային բլոկադայի միջոցով առաջարկվել է օպտիկական դիոդի մոդելը [2]։ Մի ֆոտոնի ծնման արգելափակումը մյուսի առկայությամբ դեպքում, բերում է ֆոտոն֊ֆոտոն փոխազդեցության անհրաժեշտության, այսինքն օպտիկական համակարգում ոչ գծային տարրի առկայության։ Առաջին աշխատանքները կատարվել են լույս֊ատոմ համակարգերում, որտեղ ոչ գծային տարրի դերը կատարում է լույս֊ատոմ փոխազդեցությունը։ Այդ համակարգերը մոդելավորվում են Ջեյնս―Քամմինգսի աստիճանային սեփական վիճակների միջոցով [3], և ֆոտոնային արգելափակում դիտելու համար անհրաժեշտ է դիտարկել լույս֊ատոմ ուժեղ փոխազդեցությունները։ Ֆոտոնների արգելափակումը և լույսի անհամախմբվածությունը (antibunching) բազմիցս դիտվել է երկմակարդակ համակարգերում [4] ոչ գծային տարրի առկայության դեպքում։ Երկմակարդակ համակարգում երկու ֆոտոնի առաջացման հավանականությունը մոդելի ընտրությամբ արդեն իսկ նվազեցված է, այնուամենայնիվ այդ համակարգերում ֆոտոնի արգելափակումը և լույսի անհամախմբվածությունը ունեն և՛ տեսական, և՛ փորձարական հետաքրքրություն [2, 3]։ Ֆոտոնային բլոկադայի ստացման, ուժեղացման համար օպտիկական համակարգերում կիրառվել են նաև էլեկտրամագնիսական ինդուկցված թափանցելիությունը [5,6], որտեղ սեփական վիճակները ղեկավարելի են Ռաբի հաճախության միջոցով, որն էլ ապահովում է էլեկտրամագնիսական ինդուկցված թափանցելիությունը։ Ֆոտոնային բլոկադան դիտվել է նաև ավելի բարդ համակարգերում՝ քվանտային թունելացման շնորհիվ լոկալիզացված մակերևույթյային պլազմոններում [7], երկ֊էքսիտոնային համակարգերում [8], առաջարկվել են փորձարարական լուծումներ նանոօսցիլյատորներում [9], նանոռեզանոտարական համակարգերում [10], գերհաղորդիչ շղթաներում [11], ռեզոնատորային քվանտային էլեկտրոդինամիկ համակարգերում [12], պինդ մարմնային համակարգերում [13]։ Причиной возрастающего интереса к фотонной блокаде являются её применения в физике и в новейших технологиях. В эффекте фотонной блокады один фотон управляет вход другого фотона в систему, следовательно, при управляемой фотонной блокаде можно получить фотонный транзистор. Теоретическая реализация фотонного транзистора была предложена в нанометрических поверхностных плазмонах, а имплементация оптического диода - в полупроводниковом микрорезонаторе. Поскольку фотон-фотонное взаимодействие отсутствует, для реализации фотонной блокады нужны очень большие нелинейности. Фотонная блокада была реализована в оптических резонаторах, в сверхпроводящих электрических цепях с переходами Джозефсона, в наноосцилляторах, а так же в квант-электродинамических резонаторах. Для описания вышеупомянутых систем использована модель квантового ангармонического осциллятора с нелинейностями Керра под воздействием внешнего модулированного поля. С помощью модулированного поля возможно контролировать продолжительность и вероятность фотонной блокады. В диссертации так же исследована задача параметрического осциллятора, где рассматриваются регулярные и хаотичные режимы работы для малого числа фотонов а так же рассмотрены генерация состояние фазовых автоподстроек в режиме хаоса. В диссертации получены следующие результаты: Показано, что под воздействием последовательности Гаусовских импульсов, вероятность получения фотонной блокады в ангармоническом диссипативном осцилляторе на 30-90 процентов больше чем при отсутствии Гаусовских импульсов. Показано, как число фотонов резервуара и параметры Гаусовских импульсов влияют на вероятность фотонной блокады. Показано, что при использовании чирпа, можно получить однофотонную блокаду для системы с малыми нелинейностями (пять раз меньше чем в импульсном режиме). Генерация состояние фазовых автоподстроек в режиме хаоса в параметрическом нелинейном резонаторе. Показано, что создание квантового хаоса возможно только при специфических значениях параметров импульса и частоты. The goal of the dissertation is the research and discussion of quantum systems, where implementation of the photon blockade and quantum phase locked states are feasible to obtain. Growing interest of investigation of photon blockade is because of their fascinating potential applications in new technologies. In the photon blockade the optical response to a single photon is modulated by the presence or absence of the other photons. Photon blockade can be used in photonic transistors if the process of photon blockade is controllable. Implementation of single photon transistor has been suggested in nanoscale surface plasmons and implementation of optical diode by photon blockade has been suggested in semiconductor microcavities. To realize photon blockade very high nonlinearities are required otherwise decoherence and dissipation destroy the quantum nature. The photon blockade has been predicted in cavity electrodynamics, in photonic crystal cavity coupled with a quantum dot, in quantum optomechanical systems and also in Josephson junction based superconducting devices. All above mentioned systems can be described by mathematical model of quantum anharmonic oscillator with Kerr nonlinearity. The dissertation is devoted to theoretical research of multiphoton blockade in quantum Kerr nonlinear dissipative resonator driven by a sequence of Gaussian pulses, Gaussian pulses has been used to control duration and probability of photon blockade. Another topic which is discussed in the thesis is phase locking phenomena in parametrically driven nonlinear Kerr resonator at low-level of quanta. The phase locked states has been discussed in regular and chaotic regimes. The following results were obtained in the dissertation: It is shown that in dissipative nonlinear oscillator under train of Gaussian pulses photon blockade effect is possible to implement with probability 30%-90%, which is greater than in case of monochromatic field. It is shown how mean number of photons of thermal bath and Gaussian pulse parameters effect on photon blockade. It is shown that in case of chirped external field single photon blockade is possible to implement for lower nonlinearities than used in case of pulsed modulation. The generation of quantum chaos and phase locked states is investigated in parametrically driven nonlinear quantum resonator under train of Gaussian pulses. It is shown that phase locked states can occur at low-level of quanta in strong quantum regime. It is shown that only for a specific values of the pulse parameters and the field frequency is possible to create quantum chaos and the behavior is completely different from the standard nonlinear Kerr oscillator in pulsed regime without parametric excitations.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Получение фотонной блокады и фазовой автоподстройки в диссипативных нелинейных системах керра. Obtainment of photon blockade and phase locking in dissipative systems with kerr nonlinearities.
      Uncontrolled Keywords: Овсепян Гор Г., Hovsepyan Gor H.
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 31 Aug 2017 10:33
      Last Modified: 31 Aug 2017 10:33
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/5528

      Actions (login required)

      View Item