نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشکده فیزیک، دانشگاه وُلکایت، ولکایت، اتیوپی
2 دانشگاه علوم و فناوری آداما، ص.پ. ۰۷، وُلکایت، اتیوپی
چکیده
در این مقاله ما خواص چلاندگی و درهم‌تنیدگی نور کاواک تولید شده توسط لیزر سه ترازی را مطالعه کرده‌ایم. در این سامانۀ نوری کوانتمی، N اتم سه‌ترازی موجود در یک کاواک باز، که با یک مخزن خلأ دو حالته جفت شده است، با استفاده از بمباران الکترونی با نرخ ثابت به تراز بالایی پمپ می‌شوند. با استفاده از حل معادلات تحول برای مقادیر انتظاری عملگرهای اتمی و معادلات کوانتمی لانژوین برای عملگرهای حالت کاواک، میانگین، واریانس تعداد فوتون، چلاندگی تربیع، تقویت درهم‌تنیدگی و همچنین تابع همبستگی مرتبۀ دوم بهنجار شده را برای نور کاواک محاسبه کرده‌ایم. علاوهبراین، ما نشان داده‌ایم که حضور فرایند گسیل خودبه‌خودی منجر به کاهش میانگین و واریانس تعداد فوتون می‌شود. ما مشاهده کرده‌ایم که نور کاواک دو حالته در یک حالت چلانده قرار دارد و این چلاندگی در تربیع منفی رخ می‌دهد. علاوهبراین، ما دریافتیم که اثر نوفۀ مخزن خلأ منجر به افزایش واریانس تعداد فوتون و کاهش چلاندگی تربیع نور کاواک است. با این حال، نوفۀ مخزن خلأ هیچ تاثیری بر میانگین تعداد فوتون ندارد. به علاوه، بیشترین چلاندگی تربیع نور تولید شده توسط لیزری که خیلی پایین‌تر از حد آستانه در حال کار است، 5/37 ٪ کمتر از تراز حالت خلأ است. علاوهبراین، نتیجۀ ما نشان می‌دهد که در گسترۀ 1 <ra<01/0 چلاندگی تربیع برای 0 γ= بیشتر از 4/0 γ= است و در گستره 1 <ra< 35/0 برای 0 γ= کوچکتر از 4/0 γ= است. ما همچنین خاطرنشان کردیم که چلاندگی و درهم‌تنیدگی در نور دو حالته ارتباط مستقیمی باهم دارند. در نتیجه، افزایش درجۀ چلاندگی مستقیماً منجر به افزایش میزان درهم‌تنیدگی می‌شود و بالعکس. این رفتار نشان می‌دهد که هر زمان در نور دو حالته چلاندگی وجود داشته باشد، یک درهم‌تنیدگی در سامانه وجود خواهد داشت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Entanglement amplification by three-level laser coupled to vacuum reservoir
نویسندگان [English]
- Menisha Alemu 1
- Fekadu Tolessa 2
- Birke Alemu 2
1 Department of Physics, Wolkite University, Ethiopia
2 Adama Science and Technology University, P. O. Box 07, Wolkite, Ethiopia
چکیده [English]
In this paper we have studied the squeezing and entanglement properties of the cavity light generated by a three-level laser. In this quantum optical system, N three-level atoms available in an open cavity, coupled to a two-mode vacuum reservoir, are pumped to the top level by means of electron bombardment at constant rate. Applying the solutions of the equations of evolution for the expectation values of the atomic operators and the quantum Langevin equations for the cavity mode operators, we have calculated the mean, variance of the photon number, the quadrature squeezing, entanglement amplification as well as the normalized second-order correlation function for the cavity light. In addition, we have shown that the presence of the spontaneous emission process leads to a decrease in the mean and variance of the photon number. We have observed that the two-mode cavity light is in a squeezed state and the squeezing occurs in the minus quadrature. In addition, we have found that the effect of the vacuum reservoir noise is to increase the photon-number variance and to decrease the quadrature squeezing of the cavity light. However, the vacuum reservoir noise does not have any effect on the mean photon number. Moreover, the maximum quadrature squeezing of the light generated by the laser, operating far below threshold, is found to be below the vacuum-state level. In addition, our result indicates that the quadrature squeezing is greater for than that for for 0.01 < < 0.35 and is smaller for than that for for 0.35 < < 1. We have also noted that the squeezing and entanglement in the two-mode light are directly related. As a result, an increase in the degree of squeezing directly leads to an increase in the degree of entanglement and vice versa. This shows that, whenever there is squeezing in the two-mode light, there exists an entanglement in the system.
کلیدواژه‌ها [English]
- master equation
- photon statistics
- quadrature squeezing
- spontaneous emission
- second-order correlations
- photon entanglement
- M O Scully, K Wodkiewicz, M S Zubairy, J Bergou, N Lu, and J Meyer ter Vehn, Rev. Lett. 60 (1988) 1832.
- F Kassahun, “Fundamentals of Quantum Optics”, Lulu Press Inc., North Carolina (2010).
- N Lu, F X Zhao, and J Bergou, Rev. A 39 (1989) 5189.
- N A Ansari, Rev. A 48 (1993) 4686.
- T Y Darge and F Kassahun, PMC Physics B, 1 (2010).
- E Alebachew and K Fesseha, Commun. 265 (2006) 314.
- M Alemu, Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering 7, 3 (2020) 187.
- N A Ansari, J Gea-Banacloche, and M S Zubairy, Rev. A 41 (1990) 5179.
- F Kassahun, ArXiv:1105.1438v3 [quant-ph] 25 Sep 2012.
- F Kassahun, “Refined Quantum Analysis of Light”, Revised Edition, CreateSpace Independent Publishing Platform, (2016).
- C A Blockely and D F Walls, Rev. A 43 (1991) 5049.
- K Fesseha, Rev. A 63 (2001) 33811.
- F Kassahun, Optics Communications, 284 (2011) 1357.
- F Kassahun, ArXiv.1611.01003v2[quan-Ph] 29 March 2018.
- T Abebe, J. Phys. 45 (2018) 357.
- S Tesfa, Rev. A, 74 (2006) 043816.
- M Alemu, Universal Journal of Physics and Application 14, 1 (2020) 11.
- L M Duan, G Giedke, J I Cirac, and P Zoller, Rev. Lett. 84 (2000) 2722.
- M O Scully and M S Zubairy, “Quantum Optics” Cambridge: Cambridge University Press, (1997).
- C Gerry and P L Knight, “Introductory Quantum Optics” Cambridge: Cambridge University Press, (2005).
- T Abebe, J. Phys. 63, 8 (2018) 733.
)