光机械系统中非马尔科夫与非线性效应的研究
[Abstract]:With the development of micro and nano technology, optical mechanical system has become one of the hotspots in quantum field because of its superior characteristics. Optomechanical system has a broad application prospect in quantum mechanics and quantum information processing. It can be used as a bridge between photons and phonons to realize entanglement, compression and synchronization between optical and mechanical modes. It can also perform information transfer and manipulation between optical and mechanical modes as quantum converters and control devices. At the same time, the ground state of oscillator can be prepared by side band cooling, and the hypersensitive detection and the nondestructive measurement of optical phase can be realized by using the displacement coupling effect. In particular, the successful detection of gravitational waves by LIGO system has pushed the optical machinery to a focus of attention. In the study of optical mechanical system, in order to make up for the weak coupling effect caused by the great difference between photons and phonon frequencies, on the one hand, people are constantly improving the experimental means to improve the single-photon coupling rate; on the other hand, By increasing the number of photons in the optical mechanical cavity, the collective statistical effect of photons can be used to amplify the linear coupling between the optical mode and the mechanical mode. In Markov parameter domain, this scheme has been well verified and developed both experimentally and theoretically. In contrast, the theoretical work of optical machinery in non-Markov parameter domain and nonlinear parameter domain is few, and the experiment is even less. Therefore, this paper will focus on the theoretical study of optomechanical systems in non-Markov and nonlinear parametric domains. In a non-Markov environment, we study the side-band cooling and hypersensitivity detection of a basic optomechanical system in a non-marquee. By strictly solving the dynamics of the optomechanical system in a non-horse environment, we find that the non-equine environment of the oscillator can provide an additional cooling path because of its memory, when the cooling rate of this path is higher than the heat conduction rate of the environment. Even if the temperature of the reservoir is much higher than that of the oscillator, we can still use the environment to cool the oscillator. Then, by solving the optical mechanical system in the frequency domain, we give the formal solution of the output signal of the optical-mechanical hypersensitive detection equipment in the general environment. After comparative analysis, we find that in some environments with coupling structure, The energy response of the system to the outside world can be concentrated near the frequency of the detection signal, which can improve the signal-to-noise ratio of the system and reduce the additional noise of the detection. In terms of nonlinear effects, we study the equivalent Kerr nonlinearity of optical mechanical systems. By designing the system structure, we propose a theoretical scheme for constructing quantum controlled phase gates using optical mechanical systems. We also analyze the self-Kerr properties of the composite optomechanical system and the normal and abnormal blocking effects caused by quantum interference. The theoretical scheme of quantum diodes, single-photon sources and optical storage-release devices is presented. In this paper, the research on non-Markov and nonlinear aspects has a certain positive significance for the theoretical development of optical mechanical system, which is the ground state cooling of the optical mechanical system. The potential applications of hypersensitive detection and quantum information processing provide theoretical support.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O413
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,本文编号:2185475
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