腔光力系统中机械振子基态冷却研究

发布时间：2020-11-09 11:15

　　 近年来,机械系统因其类似于经典系统的原型而受到越来越多的关注,成为研究宏观物体量子行为的理想选择。宏观力学系统的量子操控是从高精度计量到量子信息处理等基础物理和应用领域中的重要课题。然而,对机械振子量子效应的揭示需要尽可能地抑制不可控的热涨落。因此,将机械振子冷却到量子基态是一个先决条件,以使其具有潜在的应用价值。为此,对机械振子的基态冷却进行了大量的理论和实验研究。在这些方案中,根据光场(腔场)的衰减率小于或大于机械场的频率,可以粗略地分为两类,即可分辨边带冷却和不可分辨边带冷却。在弱光力耦合机制下,光力冷却可以用微扰理论进行分析,其中光力耦合被认为是对光场的微扰。机械振子的最终平均热声子数由辐射压力对机械运动的涨落谱的正负频的差值来决定。在传统的光力系统中,涨落谱为单洛伦兹峰的形式,峰的宽度与光学腔的衰减率成正比。因此,在不可分辨边带条件下涨落谱的正负频的差值几乎为零,无法将机械膜冷却到量子基态。在不可分辨边带条件下,本文主要对机械振子基态冷却进行研究,具体研究内容如下:基于杂化腔光力系统,研究了在不可分辨边带条件下机械振子基态冷却。方案中,利用杂化光力系统中的类电磁诱导透明效应,可以有效地调节作用于机械模上的光力涨落谱,使得原本较宽单洛伦兹峰形的涨落谱劈裂为具有一个较低谷和两个较窄峰的类电磁诱导透明谱。在新的谱中,较低的波谷可以用来抑制斯托克斯跃迁过程,较窄的峰可以用来加强反斯托克斯跃迁过程。利用速率方程得到稳态下得最终平均声子数的解析表达式,通过选取适当的实验参数,结果表明,即使在不可分辨边带机制下,也能够实现机械振子基态冷却。特别地,本方案在不可分辨边带机制下,对于辅助系统没有严格的限制,极大地降低了实验难度,为机械量子态的制备提供了一定实验参考。
【学位单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH113.1;O3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
第2章 光力系统基本模型及动力学
    2.1 传统光力系统模型
    2.2 光学模动力学过程
    2.3 机械模动力学过程
第3章 基于杂化光力系统机械振子基态冷却
    3.1 模型和有效哈密顿量
    3.2 系统量子动力学
        3.2.1 系统稳态值
        3.2.2 速率方程与稳态平均声子数
    3.3 弱耦合机制下机械振子基态冷却
    3.4 强耦合机制下机械振子基态冷却
    3.5 本章小结
第4章 结论
参考文献
致谢
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1 刘禹沐;腔光力系统中机械振子基态冷却研究[D];延边大学;2019年

本文编号：2876343