基于三模光力系统的全光量子器件

发布时间：2020-03-29 10:12

【摘要】：近年来,随着纳米制造及基态冷却等技术的发展,光力系统的空间尺寸得以不断降低,其中的量子效应也愈发明显,这为科研人员在介观甚至是宏观尺度下探索和检验量子理论提供了一个理想的平台。在此推动下,光力学在量子科学方面取得了许多重大的突破,包括非经典态制备、量子信息处理以及未来量子网络构建。一方面,由于光力相互作用属于非线性耦合,光力系统通常具有强烈的非线性效应,这种效应催生出了大量新奇的物理现象,从而使光力系统在经典和量子领域内均具有非常重要的应用。另一方面,当光力系统的驱动场足够强时,光力相互作用可以等效为线性化的形式。在这种机制下,人们实现了许多重要的应用,如光力诱导透明、光学非互易现象、力学振子的基态冷却以及精密测量。其中,光力诱导透明等量子相干效应在实现全光开关、快慢光以及光存储等方面发挥了重要的作用。近年来,关于此类现象的研究已由传统的无源型光力系统拓展到了有源-无源型光力系统中。大量研究表明,利用有源-无源型光力系统不但可以优化许多现有结果,还可以实现更加丰富的量子相干现象。本文,我们对既有的传统三模光力系统进行改进,并探究其中弱探测场的稳态光学响应特性。与之前的工作相比,本文提出了两种改进方案:第一个方案是考虑右侧光腔为有源腔,且该腔的增益速率与左侧无源腔的损耗速率相等,其中,左右光腔分别被两个处于力学红边带的控制场驱动;第二个方案是考虑左右两个光腔均为无源腔,且分别被处于力学红边带和蓝边带的控制场驱动。第一个方案中,我们首先考虑了弱探测场仅从左侧无源腔输入的情况。结果发现通过调节控制场的强度,可以调控系统左右两侧输出场的强度比,甚至可以实现单向输出现象。由于右侧腔引入增益,输出场可以在一定参数范围内被放大。此外,我们还发现输出场在吸收和放大状态之间转换的同时,还伴随着快慢光效应的转换。随后,我们考虑了弱探测场从两侧光腔同时输入的情况,并假设两侧探测场之间具有一个可调的相位差。结果发现,控制场的强度及探测场之间的相位差均对光学响应有着显著的影响。在一定的参数条件下,我们观察到一种新奇的量子相干现象,并将其命名为频率无关型完美反射。该现象不受探测场频率等因素的影响,因此可以被用于实现宽频光完美反射器。第二个方案中,我们假设系统两侧弱探测场的频率不相等,但满足特定的频率匹配条件。研究发现,利用该系统可以实现超窄的响应窗口,从而实现精密测量及精确放大等功能。当两侧控制场同相位时,可以在该系统中观察到超窄窗口的相干完美吸收现象;而当两侧控制场反相位时,则可以观察到显著的光学放大现象,其放大效果远远强于单边带驱动型三模光力系统。此外,我们还在光学放大的参数区间内研究了可调控的慢光效应。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2

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