玻色-愛因斯坦凝聚體腔光機(jī)械系統(tǒng)中的光傳播特性研究.pdf

1、光機(jī)械系統(tǒng)是近年來被提出并引起廣泛關(guān)注的一個研究課題。一個典型的光機(jī)械系統(tǒng)一般由一個納米光腔和一個納米機(jī)械振子耦合形成。在該系統(tǒng)中，內(nèi)腔場強(qiáng)輻射壓驅(qū)動機(jī)械振子在其固有頻率附近作機(jī)械振動，而該振動反過來將會調(diào)制光場的分布，因而在場輻射壓作用下，機(jī)械振子和光場由于相互調(diào)制而耦合在一起。因?yàn)楣鈾C(jī)械系統(tǒng)把光場與力學(xué)元件耦合在了一起，因此我們可以通過改變光場來調(diào)節(jié)力學(xué)元件的運(yùn)動狀態(tài)，如通過控制光場可以實(shí)現(xiàn)將力學(xué)振動冷卻至其振動基態(tài)。相反，我們也可

2、以通過改變力學(xué)元件的特征而實(shí)現(xiàn)對光場的有效調(diào)節(jié)?；诖嗽?，光機(jī)械系統(tǒng)在精密測量、經(jīng)典及量子信息處理、光開關(guān)及光存儲等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價值。
　　在玻色-愛因斯坦凝聚體與光腔耦合的系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)證明玻色-愛因斯坦凝聚體在光腔中的集體振動可近似看做一個機(jī)械振子的簡諧振動，在內(nèi)腔場輻射壓的作用下，該振動與內(nèi)腔場耦合在一起，形成一個典型的光機(jī)械系統(tǒng)。在本論文中，我們研究了玻色-愛因斯坦凝聚體腔光機(jī)械系統(tǒng)中的非線性光學(xué)效應(yīng)及光傳播特征。通

3、過求解體系滿足的海森堡運(yùn)動方程并利用腔滿足的輸入-輸出關(guān)系，我們得到了探測光的透射率及四波混頻的相對輸出強(qiáng)度。以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為實(shí)際參數(shù)，我們進(jìn)行了具體的數(shù)值計(jì)算，分別討論了在有效腔-泵浦失諧量滿足“紅”失諧和“藍(lán)”失諧條件下泵浦光場對探測光場透射譜的調(diào)控作用。我們研究了該耦合系統(tǒng)中的慢光效應(yīng)及四波混頻效應(yīng)，并基于該光機(jī)械系統(tǒng)提出了實(shí)現(xiàn)全光晶體管和單光子路由器的設(shè)計(jì)方案。全文共分為如下六章。
　　在第一章中，介紹了兒種典型的光機(jī)械系統(tǒng)幾

4、對其研究進(jìn)展做了較為詳細(xì)的綜述，介紹了慢光效應(yīng)及全光開關(guān)和全光品體管的研究進(jìn)展，最后介紹了本論文的研究內(nèi)容及全文的結(jié)構(gòu)安排。
　　在第二章中，研究了玻色-愛因斯坦凝聚體腔光機(jī)械系統(tǒng)中的慢光效應(yīng)。在該系統(tǒng)中，山于內(nèi)腔場輻射壓驅(qū)動玻色-愛因斯坦凝聚體的集體振動與內(nèi)腔場相耦合，因此，玻色-愛因斯坦凝聚體的集體振動將改變腔的冇效長度因而調(diào)節(jié)腔的冇效頻率。由于效腔-泵浦失諧最滿足“紅”失諧條件時，在泵浦光場的驅(qū)動下，共振探測光朿通過該耦合系

5、統(tǒng)時將受到泵浦場的冇效調(diào)制。隨著泵浦場振幅的增人，共振探測光的透射率增人，其相位也急劇增加。因而共振探測光的群速度將人人減小，即探測光會發(fā)生延遲。研究結(jié)果表明，在該系統(tǒng)中探測光的延遲時間最長可達(dá)0.8ms.
　　在第三章中，研究了在冇效腔-泵浦“藍(lán)”失諧條件下玻色-愛因斯坦凝聚體與光腔耦合形成的光機(jī)械系統(tǒng)中的光傳播特征。在“藍(lán)”失諧條件下，山于玻色-愛因斯坦凝聚體的集體振動和內(nèi)腔場的相互作用哈密頓最呈現(xiàn)放人的特征，因此當(dāng)泵浦光功率

6、達(dá)到某一臨界值時，系統(tǒng)相互作用項(xiàng)的放人特征將起主要作用，共振探測光的透射將被冇效地放人。共振探測的放人率起初隨著泵浦光功率的增人而增人，最后隨之趨于飽和。根據(jù)“藍(lán)”失諧條件下泵浦光對共振探測光的放人作用，我們提出了利用玻色-愛因斯坦凝聚體腔光機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全光晶體管的方案。
　　在第四章中，研究了玻色-愛因斯坦凝聚體腔光機(jī)械系統(tǒng)中的四波混頻效應(yīng)。在該耦合系統(tǒng)中，山于在內(nèi)腔場輻射壓的驅(qū)動下玻色-愛因斯坦凝聚體的集體振動與內(nèi)腔場耦合，因

7、而在玻色-愛因斯坦凝聚體集體振動的激發(fā)下，腔內(nèi)將發(fā)生由兩個泵浦光子和一個探測光子參與的四波混頻過程。研究表明，泵浦光場對四波混頻的產(chǎn)生起開關(guān)的作用，四波混頻的輸出強(qiáng)度隨泵浦場功率的增人而增人幾最后趨于飽和。
　　在第五章中，研究了玻色-愛因斯坦凝聚體與雙邊透射腔耦合形成的光機(jī)械系統(tǒng)中的光傳播特征。在該耦合系統(tǒng)中，山于光腔是雙邊透射腔，因而探測光子既nj以從右腔鏡透出也nj以從左腔鏡透山。我們研究了該系統(tǒng)中泵浦光在滿足冇效腔-泵浦“