二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir-Polder扭矩的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir

【技术实现步骤摘要】
二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法


[0001]本专利技术属于量子光学领域，具体涉及二能级原子与饱和铁氧体界面间Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法。

技术介绍

[0002]Casimir
‑
Polder(CP)扭矩起源于光与物质体之间角动量的传递，是量子真空涨落的宏观效应之一。施加在原子，分子或微粒上的光扭矩会引起原子绕特定轴的旋转，并提供额外的自由度来更改所考虑对象的状态。Casimir
‑
Polder扭矩在物理化学、生物学和医学等领域都发挥着重要作用，而且还是原子控制和操纵的主要工具，例如超冷气原子的光捕获和光镊等。在相关背景下，与一般电磁环境相互作用的二能级系统上的Casimir
‑
Polder扭矩受到越来越多的关注和研究。
[0003]近年来，对铁氧体材料的研究引起广泛关注，铁氧体材料是一种各向异性强磁响应材料，即在外加不同方向静磁场情况下，铁氧体材料的不同方向的磁导率会随着外加静磁场强度和方向的变化而变化，这种特殊性使其具有广阔的应用前景。目前铁氧体在通信广播、雷达导航、自动控制等领域运用广泛，目前对原子与铁氧体材料间相互作用的研究较少。

技术实现思路

[0004]针对以上不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种二能级原子与饱和铁氧体界面间Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，本方法所使用的铁氧体材料模型比较接近于实际的铁氧体的理论模型，作为测试模型比较有应用价值。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是，
[0006]二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，包括以下步骤，
[0007](1)建立二能级原子和饱和铁氧体界面模型；
[0008](2)确定饱和铁氧体界面的电磁特性；
[0009](3)计算Casimir
‑
Polder扭矩的模态展开式；
[0010](4)计算格林函数形式下的Casimir
‑
Polder扭矩；
[0011](5)求得此模型下Casimir
‑
Polder扭矩。
[0012]进一步的，步骤(1)包括以下步骤，
[0013](1.1)在真空状态下，选择位于铁氧体板上方的一个二能级原子，二能级原子与铁氧体板的垂直距离为z
A
；
[0014](1.2)以铁氧体板与真空的分界面为z轴零点，则原子的z轴分量为z
A
(z
A
＞0)。
[0015]进一步的，步骤(2)还包括以下步骤，
[0016](2.1)在二能级原子和饱和铁氧体界面模型外加静磁场；
[0017](2.2)通过外部静磁场强度H
ex
调节磁导率μ的值；
[0018](2.3)得出磁导率μ取决于外场H
ex
强度的计算公式：
[0019][0020]进一步的，步骤(3)还包括以下步骤，
[0021](3.1)将经典光学扭矩的定义推广到算子的形式得到量子光学扭矩算子：
[0022][0023](3.2)将电磁场改写为正负频率分量的形式并将负频率场扩展为：
[0024][0025](3.3)使用海森堡运动方程并应用马尔可夫近似可求得：
[0026][0027](3.4)使用公式(3.2)和(3.3)并考虑：
[0028][0029][0030]进一步计算可得：τ＝ρ
ee
(t)τ
r
+[1
‑
ρ
ee
(t)]τ
n
；
[0031](3.5)通过计算可求得其模态展开形式：
[0032][0033][0034]进一步的，步骤(4)包括以下步骤，
[0035](4.1)波方程的经典格林函数G满足N
·
G＝ωM
·
G+iIδ(r
‑
r0)其中算符N包含空间倒数且
[0036](4.2)在低损耗极限下，系统的格林函数可以用模态展开来写如下：
[0037][0038]其中：
[0039][0040][0041](4.3)通过比较步骤(3.5)中的公式和步骤(4.2)中的公式，可以得到：
[0042][0043](4.4)用G
‑
G
‑
来取代G
+
并调用柯西定理，然后将该方程的第二项表示为虚频率轴上的积分
[0044][0045](4.5)因为因此将这部分添加到被积函数上不会改变其结果即：
[0046][0047](4.6)由于非共振项取实部，将被积函数取共轭的形式，且因为
[0048][0049]因此可用G
‑
代替G
+
，也即用G/2代替步骤(4.5)公式中的G
‑
而不改变结果。
[0050](4.7)求得格林函数形式下的Casimir
‑
Polder扭矩：
[0051][0052]进一步的，步骤(5)包括以下步骤，
[0053](5.1)单个平面表面的格林张量的形式为：
[0054][0055](5.2)引入极坐标对格林张量积分部分进行计算：
[0056][0057](5.3)选取原子偶极矩为：
[0058][0059](5.4)将格林张量和原子偶极矩带入步骤(4.7)的公式中，得到由反射系数表示的Casimir
‑
Polder扭矩(τ
n
，τ
r
分别为非共振扭矩和共振扭矩)：
[0060][0061][0062](5.5)将铁氧体材料的反射系数矩阵代入Casimir
‑
polder扭矩表达式中，求得二能级原子与饱和铁氧体界面间Casimir
‑
polder扭矩。
[0063]本专利技术的有益效果是，(1)本专利技术关于二能级原子与饱和铁氧体界面之间的
Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，能准确地分析二能级原子与饱和铁氧体界面间Casimir
‑
Polder扭矩。
[0064](2)本专利技术能够准确地反映出频率和材料板间距对二能级原子与饱和铁氧体界面间Casimir
‑
Polder扭矩的影响。
附图说明
[0065]图1为本专利技术的分析流程图。
[0066]图2为本专利技术中二能级原子在饱和铁氧体界面附近的结构示意图。
[0067]图3为系统输入输出示意图。
[0068]图4为二能级原子和饱和铁氧体界面间Casimir
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，其特征在于，包括以下步骤，(1)建立二能级原子和饱和铁氧体界面模型；(2)确定饱和铁氧体界面的电磁特性；(3)计算Casimir
‑
Polder扭矩的模态展开式；(4)计算格林函数形式下的Casimir
‑
Polder扭矩；(5)求得此模型下Casimir
‑
Polder扭矩。2.根据权利要求1所述的二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，其特征在于，步骤(1)包括以下步骤，(1.1)在真空状态下，选择位于铁氧体板上方的一个二能级原子，二能级原子与铁氧体板的垂直距离为z
A
；(1.2)以铁氧体板与真空的分界面为z轴零点，则原子的z轴分量为z
A
(z
A
＞0)。3.根据权利要求1所述的二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，其特征在于，步骤(2)还包括以下步骤，(2.1)在二能级原子和饱和铁氧体界面模型外加静磁场；(2.2)通过外部静磁场强度H
ex
调节磁导率μ的值；(2.3)得出磁导率μ取决于外场H
ex
强度的计算公式：4.根据权利要求1所述的二能级原子与饱和铁氧体界面间的Casimir
‑
Polder扭矩的计算方法，其特征在于，步骤(3)还包括以下步骤，(3.1)将经典光学扭矩的定义推广到算子的形式得到量子光学扭矩算子：(3.2)将电磁场改写为正负频率分量的形式并将负频率场扩展为：(3.3)使用海森堡运动方程并应用马尔可夫近似可求得：(3.4)使用公式(3.2)和(3.3)并考虑：(3.4)使用公式(3.2)和(3.3)并考虑：
进一步计算可得：τ＝ρ
ee
(t)τ
r
+[1
‑
ρ
ee
(t)]τ

【专利技术属性】
技术研发人员：曾然，徐思远，胡悦，李浩珍，杨淑娜，胡淼，李齐良，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：