基于腔光力学的机械振子全光调控

发布时间：2020-06-10 01:51

【摘要】：本文主要对基于腔光力学的机械振子俘获势的全光调控进行了研究。众所周知,回音壁模式微腔是能够将光场长时间地局域、储存在微纳结构中的重要且常用的平台。在微米尺寸的回音壁模式光腔中,如微芯环腔、微球腔、微瓶腔以及微环腔等等,高光学品质因子(高Q值)和较小的模式体积导致腔内可以获得较高的光功率。所以,这就使得在泵浦功率相对较低的条件下,研究各种非线性和量子光学现象成为可能。基于回音壁微腔的光力学主要研究的是微腔中光学模式与微米/纳米结构的力学运动之间的相互作用。光力系统是光场与力学运动之间的桥梁,可以被进一步应用于各类纳米光子器件。腔光力系统是一个良好的光声自由度耦合平台,并在光力诱导透明(OMIT)、混沌传递、引力波检测、质量和力学传感等领域都得到了广泛的应用。20世纪70年代,人们利用聚焦激光束实现了对纳米颗粒的俘获和控制,自此之后,光镊技术得到了广泛的研究。受到这项技术的启发,本文主要研究了在宇称时间对称的条件下,光力光学分子(两个相互耦合的微芯环腔)模型中力学模式稳态光场的“光弹簧”效应。该模型中的光力光学分子中的两个微芯环腔分别与两个波导耦合,形成分插滤波结构。力学势对揭示光力模式的非线性行为具有重要意义。在研究中我们发现,通过对非线性耦合的光场进行调制,可以得到力学模式特殊的势能曲线。通过调控电磁场的各项参数,包括腔的耗散率、失谐以及泵浦功率,可以调制出双势阱和局域的半方势垒。此外,我们还研究了系统在不同俘获势模式之间的转换过程。发现该转换过程最多需要7微秒,这也就意味着机械振子不同势能模式之间的转换速度可以达到兆赫兹水平,势能模式之间的快速转换得以实现。我们所调制出的力学俘获势和它们之间的快速转换为今后进一步研究新型量子声子器件,如量子开关和量子门的实现,提供了新的平台。
【图文】：

示意图,回音壁模式,几何光学,示意图

的全反射现象。当光在由高折射率材料组成的轴向旋转对称结构中传播时，有逡逑可能经过边界处的连续全反射返回到初始位置，并且总相位移动是２ｔｔ的整数倍。逡逑此时，光场经过叠加得到了增强，，从而长时间地被束缚到结构内部，如图２－１逡逑所示。这种光传播模式称为光学回音壁模式，也被称为耳语回廊模式逡逑（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇｇａｌｌｅｒｙｍｏｄｅ，简称为ＷＧＭ）。这种可以稳定地束缚住光的结构称逡逑为回音壁模式光学微腔，或回音壁微腔。回音壁模式最初是由英国物理学家瑞逡逑利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）于１００年前提出来的，用于解释声波在圣保罗大教堂的墙壁上逡逑传播的问题［４４］。逡逑图２－１回音壁模式几何光学示意图。光波在圆形介质的边缘上发生连续的全反射，逡逑从而形成稳定的光线传播路径。逡逑５逡逑

示意图,回音壁模式,示意图,微泡

｜挡邋＿丨逦：＾ｃｏ２Ｗ＾ｉｔ逡逑Ｉ邋＃１逡逑１微，：丨逡逑ｍＩＬｉ邋＾逡逑图２－３制备微瓶腔的实验装置及微瓶腔实物图。（ａ）实验装置图。（ｂ）经过拉伸后的微瓶逡逑腔。（ｃ）制备完成的微瓶腔。（ｄ）—根毛细管上的多个微瓶腔。（ｅ）制备完成的微泡腔。逡逑９逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2

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