回音壁腔光机械系统中的动力学行为

研究了在控制和探测激光存在时回音壁腔光机械系统中的动力学行为,分析了系统中产生类似于原子电磁诱导透明与吸收的原因,论证了此系统的输出场在探测频率下存在类似于电磁诱导透明和电磁诱导吸收的现象,并证实了回音壁光机械腔系统与Λ原子系统中的泵浦探测响应特性相类似.此外,利用泵浦失谐控制光机械系统中类似于电磁诱导透明和电磁诱导吸收之间的转换,此系统中光机械诱导透明与吸收的论证为量子信息的处理提供了理论依据.

耦合腔光机械系统中两个机械振子的态交换

本文研究了一个由光纤连接的两个法布里-帕罗腔所组成的耦合光机械系统,每一个腔都是由一个固定的镜子和一个移动的镜子组成,移动的镜子可以看作机械振子,同时,这两个腔模都被经典激光场驱动,则在腔场与腔场之间,镜子与腔场之间,以及经典激光场和腔场之间都会产生相互作用。通过变换绘景、绝热剔除、旋波近似忽略高频项等量子光学的处理方法消除哈密顿中的两个腔模,得到了两个声子模之间有效的哈密顿;在假设两个机械振子的初态是相干态的情况下,解析出两个耦合的机械振子能够进行态交换;最后,为了验证解析结果,数值模拟了系统量子态的保真度,模拟结果表明,解析结果与数值模拟是自洽的,两个机械振子之间可以周期性地进行态交换。

腔光机械系统的纠缠演化特征

为深入了解微型腔光机械系统的量子效应,对双腔光机械系统的光场模纠缠演化特性进行研究,重点分析了初始态参数对系统量子纠缠的影响.结果表明:随着初始态参数α的增大,系统将达到最大纠缠态,即系统的纠缠度为1;另外,系统纠缠度越大,纠缠度随时间演化的衰减速率就越大;然而,系统纠缠度越大,纠缠存活的时间就越长,这个特性对于应用是有益处的.

双光腔光机械系统的动力学相变和选择性能量交换

本文探究了单腔和双腔光机械装置的动力学相变和选择性能量交换.发现系统会经历类似于Dicke-Hepp-Lieb超辐射型的动力学相变,且两光场间的正交动量耦合出现一个新的动力学临界点.两光场间的正交动量耦合等价于单(双)模光机械系统的外场驱动.通过耦合参数的调控,系统可以实现任意两模间的选择性能量交换,且临界耦合点与选择性能量交换对应.模压缩是能量转换的标志,且任何两模的正交压缩由特定玻色模间的能量交换决定.

强耦合光机械腔中的简正模式分裂和冷却

研究由辐射压力与驱动Fabry-Perot光学腔相耦合而产生的腔光机械动力学行为.通过量子朗之万方程具体研究了机械振子的涨落光谱、机械阻尼与共振频移和基态冷却.随着输入激光功率的增加,振子的涨落光谱呈现简正模式分裂的现象,并且数值模拟结果和实验结果相符合.同时推导了有效机械阻尼和共振频移.红移边带导致了机械模的冷却,蓝移边带引起了机械模的放大.此外,引入一种近似机制来研究振子的基态冷却,并且考虑在解析边带机制下简正模式分裂对机械振子冷却的影响.最后,数值讨论了初始浴温度、输入激光功率和机械品质因数这三个因素对机械振子冷却的影响.

非线性光学腔中的相位调制光机械动力学

研究了Fabry-Perot光学腔中包含一个光学参量放大器来增强腔场与机械振子之间的耦合的光机械动力学行为.在解析边带机制下用量子郞之万方程具体研究了振子的涨落光谱、光学多稳态行为、机械阻尼与修正共振频移和基态冷却.通过数值解讨论了辐射压力诱导机械振子和腔场的稳态振幅所展现的光学多稳态行为,同时也分析了辐射压力引起的修正共振频移和机械阻尼与参量增益、输入激光功率和参量相位这三个因素的关系.此外,随着调节泵浦场的参量相位,振子的涨落光谱呈现简正模式分裂.通过精确求解最终有效声子数论证了基态冷却.结果表明,机械振子的冷却由初始浴温度、机械品质因数和参量相位这个三个因素控制.参量相提供一个新的方法来操控非线性光机械动力学.

一种广义三模腔光机械系统的相干完美吸收与透射

提出了一种广义的三模式腔光机械系统,系统的中间是一个反射率为100%的可移动的全反射机械振子,两侧均由一个部分透射的固定光学腔镜构成.其中两个光学腔由一束较强的控制场和一束较弱的信号场驱动与同一个机械振子实现耦合.较弱的信号场将会被该系统完全吸收而不产生任何能量输出,并且当相干完美吸收产生时,输入信号场的能量将由两个腔场和机械模共同分担;较弱的输入信号场由一个腔完美透视到另一个腔而不产生任何的能量损耗.分析与数值结果显示,在不同参数机制下,在该三模光机械系统中可以实现相干完美吸收、相干完美透射和相干完美合成的量子现象.此外,改变腔与腔之间的耦合度,可以实现输出探测场在相干完美吸收和相干完美透射之间转换;通过简单的相位调制,可以实现探测场左腔-右腔的输出和输入方向的互换.这些动态控制在量子信息网络可用来构造光子开关、光子路由、光子交换机等一些特殊功能的光子学器件.

原子光机械混合系统中光学双稳态的研究

在原子光机械腔混合系统中,通过求解系统的Heisenberg-Langevin方程稳态解,研究光机械腔内倒Y型四能级原子系统在电磁诱导透明与非电磁诱导透明配置下,混合光机械系统的光学双稳态特性。分析发现在非电磁诱导透明条件下,光子数双稳态上阈值可调节,而下阈值始终不变。相反,当光场与原子之间的耦合使原子系统处在其中一个透明窗时,上阈值基本不变而下阈值可调节。另外,在相同驱动场强度情况下,电磁诱导透明配置比非电磁诱导透明配置更易实现光子数双稳态;不管是电磁诱导透明配置还是非电磁诱导透明配置状态下,当双稳态曲线达到上阈值之后,随着驱动场强度增加双稳态曲线都呈线性变化趋势。

多声子系统的多光机械诱导透明

提出了一个光学腔中包含三个可移动镜子的混合腔光机械系统的理论方案,这个光学腔被一束较强的耦合场和一束较弱的探测场驱动与三个机械振子线性耦合.利用平均场近似理论,得到系统的稳态解,并数值模拟了系统输出的探测场随失谐的变化关系.分析与数值结果显示,当三个机械振子的振动频率互不相等时,该系统出现三个透明窗口,当三个振子的振动频率两两相等、或三个都相等时,三透明就变成了双透明或单一透明窗口;同时发现,在所选取的参数范围内,腔场与振子之间的有效耦合系数及腔场的衰减率能够调控透明窗口的宽度,有效耦合系数越大或衰减率越小,透明窗口越宽;如果腔中存在N个机械振子,当N个机械振子的频率互不相等时,此系统会出现N透明现象,否则,透明窗口的个数会有所减少.

基于多模式光机械系统的相干完美吸收与透射

本文提出一种广义的多模式腔光机械系统,其中两光学腔由一束较强的控制场和一束较弱的信号场驱动与同一个机械振子耦合。较弱的信号场将会被该系统完全吸收而不产生任何能量输出,定义该现象为相干完美吸收,并且当相干完美吸收产生时输入信号场的能量将由两个腔场和机械模所分担。改变参数条件,较弱的输入信号场将由一个腔传递到另一个腔而不产生任何的能量损耗,定义该现象为相干完美透射。上述两种现象可由两腔场之间的耦合所操控,并进一步分析了该现象产生的起源和条件。上述两种现象将在全光学领域中的量子信息方面有着潜在的应用。

双机械振子光机械系统的电磁诱导透明

考虑1个腔场中包含2个可移动镜子的腔光机械系统,可移动的镜子可以看成机械振子,该系统同时被2束经典激光场驱动,则在腔场与2个机械振子之间、腔场与经典激光场之间都会产生相互作用。利用平均场近似条件,写出系统算符平均值的时间演化方程,从而得到系统的稳态解;为了直观形象,数值模拟了系统输出的探测场随失谐的变化关系。模拟结果表明:当2个机械振子振动频率不同时,此系统出现双电磁诱导透明现象;同时发现,在所选取的参数范围内,腔场之间的有效耦合能够控制透明窗口的宽度,有效耦合系数越大,透明窗口越宽。

光学机械腔中玻色-爱因斯坦凝聚的基态特性

腔光机械系统成为近几年的研究热点之一,它有广泛的应用前景。本文采用泛函路径积分方法研究了与机械振子耦合的光腔中玻色爱因斯坦凝聚体的基态特性,从热力学平衡方程,推导出了原子布居数的表达式。从配分函数推导出了系统平均能的表达式,研究了系统的热力学性质,从中我们可以观察到机械振子对超辐射相的影响。在光子-原子的耦合强度偏小时,机械振子几乎不影响平均光子数的分布;在光子-原子的耦合强度偏大时,平均光子数会随着非线性光子-声子相互作用的逐渐增大而急剧增大。

两模光机械系统中超冷原子的量子相变

Dicke模型(DM)用于描述单模玻色光场与多个全同二能级原子相互作用。本文利用自旋相干态变分法得到两模光机械系统中基态能量的精确解,并通过变分法求得相变点并画出基态相图,并在此基础上研究原子-场耦合强度等系统参数对基态稳定性的影响。通过稳定性讨论,我们发现:原子-光子耦合常数g和光子-声子耦合常量ζ都会对光机械系统的基态特性产生影响。当双模光腔变成单模光腔时,机械振子能诱导超辐射相的塌缩;而且当光子-声子耦合强度大时,超辐射相被完全压制,而直接出现两原子能级之间的转移;存在不稳定的非零光子态,类似于超辐射态。光机械腔中光子-声子耦合诱导的超辐射态的塌缩和复苏是不同于光腔内囚禁的BEC系统,即机械振子不存在时的情况,而双模光腔对量子相变点和相图预期也会有影响。可见,分析机械振子的对多稳性和相关的量子相变的影响是非常有意义的课题。

基于双腔光力系统实现不同频率多场纠缠

考虑在一个振动膜置于法布里-珀罗腔中间位置形成的双腔光机械系统中,当腔场的自由频谱宽度与腔镜谐振频率相比拟时,从两侧各注入单个强泵浦场,通过求解海森堡-朗之万方程来分析系统内多光场的纠缠特性。研究结果表明,利用该双腔光力系统,基于光场辐射压产生的腔场与腔镜耦合可方便地制备具有较大频率差的多光场纠缠,且在室温甚至更高温度下仍然可获得较强纠缠。该方案为实现频率相差很大的连续变量多光场纠缠制备提供了一种简便有效的方法。