腔光力学系统中光学响应及量子纠缠研究

发布时间：2020-07-23 14:45

【摘要】：作为量子光学和力学的交叉学科,腔光力学的探索已经吸引了人们的强烈关注。由于其极佳的可扩展性,超高的灵敏性,以及可在宏观尺度下展示量子现象等诸多优点,腔光力学系统已经被广泛的应用于各种实验中。借助于光力学相互作用,腔光力学系统可以产生许多奇特的量子效应,例如光力诱导透明,光力学纠缠,振子的基态冷却和压缩态的制备等。其中作为宏观量子效应中两个重要的部分,光力诱导透明和光力学纠缠已经被广泛的研究。光力诱导透明是由反斯托克斯边带路径与频率相同的腔场光子跃迁路径发生量子干涉,导致系统对弱探测光的吸收能力减弱的现象。这些研究已经被广泛的应用于许多领域中,如光学路由,光学开关,光学频率梳,快慢光效应及高精度测量等。光力诱导透明在经典与量子信息转换中提供了有效的方案,对光学信息的存储也是十分重要的。光力学纠缠是两个或者多个量子体系间的非定域,非经典的关联,是量子体系内子体系或各个自由度间关联的力学属性。在本文中,主要研究了系统对探测场的光学响应以及机械模与光学腔模之间的二体纠缠行为。首先,研究由原子系综和谐振腔组成的混合光力学系统中探测场的输出光谱的各种特性,包括简正模劈裂、吸收和放大行为之间的转换以及多重光力诱导透明和多重光力诱导吸收效应。本文分析了每一个子系统对简正模劈裂行为的影响,并且解释了吸收峰之间间距的线性变化行为。在实验上可行的参数机制下,可得到三个吸收与放大行为之间的临界点。基于第一个临界点,研究了二能级原子系综对吸收和放大效应的影响。原子系综与光学腔模之间的相互作用不但引起吸收峰(放大谷)的劈裂效应,也实现了吸收和放大效应之间的转换。除此之外,分别对双光力诱导透明和双光力诱导吸收的吸收峰和透明谷一一对应的位置关系进行了详细分析,发现由腔模和二能级原子系综之间的相互作用所诱导的吸收峰和透明谷的位置与耦合强度无关,但是与原子系综的失谐参数是线性相关的。此外,利用多能级原子系综,多重光力诱导透明和吸收效应可以被实现。这为在杂化光力学系统中光学频率梳的实现提供了可能。其次,在双腔光力学系统中,蓝失谐机制下的光力学纠缠特性被研究。众所周知,由于系统的稳定性的限制,蓝失谐机制下光力学纠缠未吸引人们足够多的关注。系统的稳定性区域可出现在红失谐机制中,这是因为在弱光力学耦合情况下,腔场对机械振子的加热过程可以被忽略,而冷却过程致使机械振子的平均声子数减少,进而可以冷却系统中机械谐振子的平均声子数,这保证了系统的稳定性。反之,在蓝失谐机制中,由于机械谐振子中平均声子数的不断增加,致使系统无法满足稳定性条件,从而在该区域中纠缠现象无法被实现。在本文中,利用红失谐机制下的辅助光学腔模,致使蓝失谐机制下光力学系统可以满足其稳定性条件,从而确保了蓝失谐机制下光力学纠缠现象的出现。
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2
【图文】：

示意图,光力学,镜子,示意图

逑其中包括：光的压缩以及光场强度的探测等。逡逑如今，随着制造行业的迅猛发展，如图２－１所示，各种光力学系统模型已经被逡逑制造并且被研宄，如：逡逑（ＤＦａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔：该光学腔由一个固定的镜子和一个可移动的镜子组成，激逡逑光束从镜子反射，并将动量传递到可移动的镜子上，因此改变了腔模的共振频率。逡逑（２）

示意图,光力学,杂化,双腔

『ｆ逡逑图３－１双腔杂化光力学系统模型示意图逡逑图３－１展示了囚禁多能级原子系综的双腔杂化光力学系统，其中，两个振荡逡逑的薄膜作为机械振子（氏和ｆｉ２）被悬挂在光学腔中。不失一般性，假设该系统是逡逑对称的，也就是说，两个机械振子是全同的（它们均具有相同的共振频率有逡逑效质量ｍ，阻尼率以及腔内的初始位置；ｃ0），并且两个光学腔受具有相同振幅逡逑（五＾邋＝心２邋＝反）和频率的控制场驱动。为了探测杂化光力学系统的透明特逡逑１８逡逑

简正模,子系统,效应,强控制

主要研究了在杂化系统中输出场的简正模劈裂行为。当没有强控制逡逑场存在的时候，即圪＾７＾邋＝邋０，每一个子系统对探测输出谱的影响以及系统对逡逑探测场的吸收特性被展示在图３－２中。选取一组在实验上可行的参数：￡邋＝邋２５邋ｍｍ，逡逑２２逡逑

【参考文献】