光機械系統(tǒng)中非馬爾科夫與非線性效應的研究.pdf

1、隨著微納技術(shù)的發(fā)展，光機械系統(tǒng)以其優(yōu)越的特性成為了量子領(lǐng)域研究的熱點之一。光機械系統(tǒng)無論是在量子力學基本問題研究還是在量子信息處理中都有著廣闊的應用前景。它可以作為連接光子與聲子的橋梁，實現(xiàn)光學模式與機械模式之間的糾纏、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)行光學模式和機械模式之間的信息傳遞和操控。同時它還可以利用邊帶冷卻制備振子基態(tài)，利用位移耦合效應實現(xiàn)超靈敏探測以及光學相位的非破壞測量。特別是LIGO系統(tǒng)對引力波的成功探測，

2、更是將光機械推向了一個令人矚目的焦點。在光機械系統(tǒng)的研究中，為了彌補由于光子和聲子頻率的巨大差異帶來的耦合效應弱的缺憾，一方面，人們在不斷的提高實驗手段以便提高單光子耦合率;另一方面，人們可以通過增加光機械腔內(nèi)的光子數(shù)，利用光子的集體統(tǒng)計效應放大光學模式與機械模式之間的線性耦合。在馬爾科夫參數(shù)域下這一方案在實驗和理論上都得到了很好的驗證與發(fā)展。相比而言，光機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，實驗上更是寥寥無幾。

3、r>　　為此本文將致力于光機械系統(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，我們研究了一個基本的光機械系統(tǒng)在非馬庫中的邊帶冷卻和超靈敏探測。通過嚴格求解光機械系統(tǒng)在非馬環(huán)境下的動力學，我們發(fā)現(xiàn)振子的非馬環(huán)境因其記憶、回流效應可以提供一條額外的冷卻路徑，當這條路徑的冷卻速率高于環(huán)境的熱傳導速率，即使庫的溫度遠高于振子溫度，我們?nèi)匀荒芾铆h(huán)境冷卻振子。隨后，通過在頻域下求解光機械系統(tǒng)，我們給出了在一般環(huán)境下光機械超靈敏探

4、測設(shè)備輸出信號的形式解，經(jīng)過對比分析我們發(fā)現(xiàn)，在某些有耦合結(jié)構(gòu)的環(huán)境中，系統(tǒng)對外界的能量響應可以被集中在檢測信號頻率附近，從而能提高系統(tǒng)的信噪比，降低探測的附加噪聲。在非線性效應方面，我們研究了光機械系統(tǒng)的等價Kerr非線性，通過設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們提出了一個利用光機械系統(tǒng)構(gòu)造量子受控相位門的理論方案，此外，我們還分析了由復合光機械系統(tǒng)的自Kerr性以及量子干涉帶來的正常阻塞和反常阻塞效應，并給出了利用該效應實現(xiàn)量子二極管、單光子源以及光學