微纳光机械系统的量子动力学研究
[Abstract]:In recent years, the coupling of optical cavity and mechanical system has attracted more and more attention, and the optical mechanical system composed of an optical resonant cavity and a mechanical oscillator has become a new research hotspot. Recently, the strong coupling effect, optical mechanical cooling and electromagnetically induced transparency in optical mechanical systems have been proved by experiments, which have opened the way for future applications such as quantum communication and information transmission. The optical mechanical system studied in this paper is a coupling system of optical degrees of freedom and mechanical degrees of freedom. In this paper, by solving the Heisenberg equation of motion, we study the photomechanical dynamic behavior in three typical photomechanical systems. The research contents and conclusions are as follows: (1) the photomechanical behavior of the cavity induced by the coupling of radiation pressure and driving Fabry-Perot optical cavity is studied. It is found that with the increase of the input laser power, the fluctuation spectra of the oscillator show the phenomenon of normal mode splitting. At the same time, the effective mechanical damping and resonance frequency shift are derived. In addition, an approximate mechanism is introduced to study the ground state cooling of the oscillator, and the effect of normal mode splitting on the cooling of the mechanical oscillator is considered under the analytical sideband mechanism. Finally, the effects of initial bath temperature, input laser power and mechanical quality factor on the cooling of mechanical oscillator are discussed numerically. The results show that under the conditions of low initial temperature, high input laser power and high mechanical quality factor, the photomechanical oscillator can be cooled to the ground state. (2) from the Hamiltonian of the optical mechanical system in the Fabry-Perot optical mechanical cavity, the quantum phenomena in the optical mechanical cavity are discussed under the condition of detuning. The scattering matrix scheme is introduced to demonstrate that photons and phonons are converted in an efficient and reversible manner. This provides a feasible scheme for the transition of quantum states between optical photons and micromachined arrays. The photoacoustic transition indicates a feasible quantum optical device. At the same time, the quantum method and the master equation approach are used to derive the final phonon possession number to study the ground state cooling, and the parameters of the two methods are compared. It is concluded that when the mechanical quality factor is not very large, the initial bath temperature is high and the input laser power is large, the cooling of the mechanical oscillator obtained by the quantum method is better than that obtained by the master equation. (3) We study the normal mode splitting and cooling in one-dimensional transmission line resonator and Fabry-Perot optical mechanical cavity by linearizing the quantum Langevin equation, and compare the two optical mechanical systems. The oscillator can be cooled at low initial temperature and high quality factor. Considering the size of the mechanical oscillator and the pre-cooling technology, the ground state cooling of the transmission line resonator is easier than that of the optical cavity. (4) We design a kind of photomechanical system of echo wall cavity, and study the photomechanical dynamic behavior of detuning echo wall cavity. In the single-mode cavity optical mechanical system, the cavity transmission and reflection show "M" and "W" shape mode splitting. When both probe light and control light exist, the detection field is similar to electromagnetically induced transparency. Our results show that coherent manipulation of light can be achieved by optical mechanical systems without the need for atomic resonance to achieve resonance interference. However, due to the residual scattering of light, a pair of standing wave modes appear in the cavity, and the transmission and reflection present three-mode splitting. Optical processing is possible by manipulating the echo wall photomechanical system, while delay, deceleration and storage of optical pulses can be achieved by optical mechanical devices. At the same time, the application of optical mechanical system in optical communication and quantum information processing is broadened.
【学位授予单位】:吉首大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH113
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