光機(jī)械系統(tǒng)中非馬爾科夫與非線性效應(yīng)的研究.pdf

1、隨著微納技術(shù)的發(fā)展，光機(jī)械系統(tǒng)以其優(yōu)越的特性成為了量子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。光機(jī)械系統(tǒng)無(wú)論是在量子力學(xué)基本問(wèn)題研究還是在量子信息處理中都有著廣闊的應(yīng)用前景。它可以作為連接光子與聲子的橋梁，實(shí)現(xiàn)光學(xué)模式與機(jī)械模式之間的糾纏、壓縮以及同步，還可以作為量子轉(zhuǎn)換器和控制設(shè)備執(zhí)行光學(xué)模式和機(jī)械模式之間的信息傳遞和操控。同時(shí)它還可以利用邊帶冷卻制備振子基態(tài)，利用位移耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)超靈敏探測(cè)以及光學(xué)相位的非破壞測(cè)量。特別是LIGO系統(tǒng)對(duì)引力波的成功探測(cè)，

2、更是將光機(jī)械推向了一個(gè)令人矚目的焦點(diǎn)。在光機(jī)械系統(tǒng)的研究中，為了彌補(bǔ)由于光子和聲子頻率的巨大差異帶來(lái)的耦合效應(yīng)弱的缺憾，一方面，人們?cè)诓粩嗟奶岣邔?shí)驗(yàn)手段以便提高單光子耦合率;另一方面，人們可以通過(guò)增加光機(jī)械腔內(nèi)的光子數(shù)，利用光子的集體統(tǒng)計(jì)效應(yīng)放大光學(xué)模式與機(jī)械模式之間的線性耦合。在馬爾科夫參數(shù)域下這一方案在實(shí)驗(yàn)和理論上都得到了很好的驗(yàn)證與發(fā)展。相比而言，光機(jī)械在非馬爾科夫參數(shù)域和非線性參數(shù)域下的理論工作為數(shù)不多，實(shí)驗(yàn)上更是寥寥無(wú)幾。

3、r>　　為此本文將致力于光機(jī)械系統(tǒng)在非馬爾科夫和非線性參數(shù)域下的理論研究。在非馬爾科夫而環(huán)境下，我們研究了一個(gè)基本的光機(jī)械系統(tǒng)在非馬庫(kù)中的邊帶冷卻和超靈敏探測(cè)。通過(guò)嚴(yán)格求解光機(jī)械系統(tǒng)在非馬環(huán)境下的動(dòng)力學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)振子的非馬環(huán)境因其記憶、回流效應(yīng)可以提供一條額外的冷卻路徑，當(dāng)這條路徑的冷卻速率高于環(huán)境的熱傳導(dǎo)速率，即使庫(kù)的溫度遠(yuǎn)高于振子溫度，我們?nèi)匀荒芾铆h(huán)境冷卻振子。隨后，通過(guò)在頻域下求解光機(jī)械系統(tǒng)，我們給出了在一般環(huán)境下光機(jī)械超靈敏探

4、測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)的形式解，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析我們發(fā)現(xiàn)，在某些有耦合結(jié)構(gòu)的環(huán)境中，系統(tǒng)對(duì)外界的能量響應(yīng)可以被集中在檢測(cè)信號(hào)頻率附近，從而能提高系統(tǒng)的信噪比，降低探測(cè)的附加噪聲。在非線性效應(yīng)方面，我們研究了光機(jī)械系統(tǒng)的等價(jià)Kerr非線性，通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們提出了一個(gè)利用光機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)造量子受控相位門(mén)的理論方案，此外，我們還分析了由復(fù)合光機(jī)械系統(tǒng)的自Kerr性以及量子干涉帶來(lái)的正常阻塞和反常阻塞效應(yīng)，并給出了利用該效應(yīng)實(shí)現(xiàn)量子二極管、單光子源以及光學(xué)