回音壁微腔光力系统的相干控制与完全相干透射

本文研究了两侧同时输入的回音壁模谐振双微腔光力系统中电磁诱导透明的相干调控.通过改变双微腔两侧探测场的强度比值及相位差,可以有效控制电磁诱导透明窗口的宽度和深度,对探测场的吸收和色散等性质实施显著的影响,并且能够在特殊频率处产生关于探测场的完全相干透射现象.

级联原子诱导的腔光力系统的稳态纠缠特性

本文提出了一个由三能级级联原子束去纠缠双模腔场的理论方案.利用量子朗之万方程,结合激光的线性近似理论,求出此系统的稳态解.同时,采用Negativity作为纠缠判据,对系统的稳态纠缠进行了数值模拟.研究结果表明,纠缠是由原子的相干态诱导的,即使对于机械品质因子较低的坏腔,当参数取值恰当时,两模腔场以及腔场与镜子之间也都会产生纠缠.并且得出,入射率越大,纠缠越大.

腔光力系统中机械振子的参量压缩

微纳机械振子在精密测量领域有着广泛的应用,其中调幅或者调频技术是机械振子力学探测中常用的两种方法.一般情况下机械振子测量灵敏度主要受到热噪声的限制.因此,采用压缩的方法来降低恃定相应测量分量上的热噪声可以有效提高微纳机械振子的力学测量灵敏度.在腔光力系统中通过锁相环路锁定机械振子的振动频率,并利用光学囚禁对机械振子的振动频率进行调制,在调制频率为机械振子共振频率的两倍时成功对机械振子的特定振动分量进行了压缩.并且通过反馈增强系统稳定的方法,成功地超越了参量压缩的3 dB极限,达到了4.4 dB的最大压缩率.

腔光力系统制备微波非经典态研究进展

腔光力系统作为一种新型的混合量子系统,因其超强耦合度、低温超导条件下极低的噪声、较长的相干时间等优势而成为被广受关注的量子实验平台.本文简要介绍腔光力学及腔光力系统基本原理,对常见腔光力系统进行分类,详细介绍利用广义腔光力系统进行微波非经典量子态制备的相关进展,对其性能优势和待解决问题进行分析,最后总结相关应用场景并对未来的潜在应用领域进行了展望.

基于多模腔光力系统的纠缠研究

基于由3个机械振子模和单模腔场组成的四模腔光力系统提出实现任意两个玻色模间稳态纠缠的理论方案.利用光学腔模和腔内3个机械振子模相互作用,通过调制驱动腔模的光场,获得系统类分束器相互作用有效哈密顿量,进而实现对非定域Bogoliubov模的冷却,并获得任意双模间的稳态纠缠.利用数值模拟方法系统讨论了振子频率、振子耗散、外驱动场对稳态纠缠的影响,结果表明:振子间频率适当的失谐有利于增强彼此间的纠缠,与压缩效应相比冷却效应起主导作用,这和三模腔光力系统中冷却效应和压缩效应相互竞争不同.

环形腔光力系统中三次非线性产生稳态机械模压缩（英文）

提出了一种利用环形腔光力系统产生稳态机械模压缩的方案。该系统包含1个固定镜和2个振动镜,振动镜可看作具有三次非线性的非简谐振子,受输入激光驱动的腔内光场对振动镜产生光辐射压力。研究了腔内光场和机械模的稳态振幅及机械模的压缩性质,结果表明:稳态振幅随驱动功率升高而增大;机械模可在很大参数范围内达到压缩;可通过增强三次非线性强度、驱动激光功率或适当调节驱动场与腔场的频率失谐量来增强压缩;压缩对热声子噪音具有鲁棒性。

压缩调控下腔光力系统的非经典性质

研究了压缩真空态和数态输入下腔光力系统的动力学演化特性,分析了系统参数对系统线性熵和Wigner函数的调控作用。数值计算表明:调节压缩因子r可以改变机械模Wigner函数分布特性,当r取较大值时,可使腔模与机械模间的纠缠显著增强;增大机械模参数k的取值,将减小腔模Wigner函数负值深度和范围.

三机械薄膜腔光力系统相互作用的研究

本文主要研究了利用传输矩阵理论和共振透射条件详细地推导光腔中均匀放置三个机械薄膜构成的腔光力系统中系统本征模式随机械运动的色散关系.计算结果发现系统的光学本征模式由一组四个的本征能级构成,且不同的能级随不同的机械运动模式的变化曲线各不相同,进而导致不同光学模式与不同机械运动模式之间的耦合也不相同.此外,利用微扰理论求解了当机械运动振幅远小于腔模波长、机械振子处于平衡位置附近时,各种光学模式与不同机械振动模式间相互作用耦合强度的解析表达式.研究结果能够为理论和实验上研究多模腔光力系统提供一定的参考.

腔光力系统中的光学传输特性研究

研究了含有两条特殊路径的环形光力系统的光学传输特性,这两条路径结构相互独立但彼此间存在声子、光子耦合。通过调节两条独立耦合路径间的耦合强度以及有效光机械耦合率等参数,系统展现出了诱导透明现象的可调谐性。在耦合强度较大时会产生对称失谐点透明峰,距离和强度均可由路径耦合强度调控,从而使基于该系统的全光子开关在理论上成为可能。此外,通过对相关参数的调节,能够轻易地改变透射光的群延迟大小,通过多种途径实现快、慢光的可调谐性。在部分条件下,系统展现出对快慢光调制的优良特性,为相关光子器件的制作与量子现象的研究提供了一个好的平台。

基于二头猫态和真空态下腔光力系统中的线性熵和保真度

为更全面理解腔光力系统的量子特性,从系统的哈密度量出发,研究了基于二头猫态和真空态下腔光力系统的动力学演化,计算了光场的线性熵和系统量子态的保真度,并分析了光场初态参量α和系统耦合强度k对线性熵和保真度的影响。结果表明:k取0.5时,光场线性熵和系统保真度作周期振荡并处于反相状态,且随α增大,分别有光场线性熵极大值增大和系统保真度极小值减小;另外,光场线性熵不随k变化,而系统保真度则随k取值而变化,但如果k为0.5整数倍时,两者周期均为2π。最后,当α大于1,光场线性熵极大值随k增大而增大,在k大于0.5后维持稳定值。

腔光力系统中声子的朗道-芝诺-斯塔博格干涉(特邀)

微纳机械振子被认为是一种发展片上信号处理器件的理想平台,可以将各种不同的物理场转换为振动声子,实现基于声子的片上信息处理。其中,控制声子在不同机械振子间的传输是实现声子信息处理的关键。通过将两个机械振子耦合构造两模机械系统,目前虽然已经实现了不同杂化模式间声子的相干传输,但是依然缺乏直接调控两个独立机械振子有效耦合强度的方法。为此,文中在腔光力系统中开发了基于朗道-芝诺-斯塔博格(Landau-Zenner-Stückelberg,LZS)干涉的相干声子操控方法。在利用光学囚禁作用调控两个机械振子振动模式杂化的基础上,通过对囚禁光进行调制施加参量驱动场,使得系统周期性地穿过免交叉点实现了声子的LZS干涉。研究表明:在满足共振条件下,利用LZS干涉可以实现声子在两个独立机械振子间的相干传递。笔者的研究为实现声子信息在实空间的高效传递提供了一个有效途径。

相位阻尼噪声环境中复合腔光力学系统两原子间局域量子不确定性的调控

局域量子不确定性(LQU)是表征量子关联的一种重要度量方式,在量子信息处理中发挥了不可或缺的作用。本文研究了在复合腔光力学系统中相位阻尼参数对LQU的影响,分析了系统中各项参数对两原子间LQU的调控作用。结果表明:随着相位阻尼参数增大,两原子间LQU的衰减速率逐渐增加,但其衰减速率要低于共生纠缠度的衰减速率,表明LQU相比于共生纠缠度更适合表征复合腔光力学系统的量子关联。通过增大原子–腔场(含振动镜)耦合系数和振动镜–腔场耦合系数,以及同时增大原子–腔场(J-C模型)耦合系数和原子–腔场(含振动镜)耦合系数,均可增强复合腔光力学系统中两原子间的量子关联。此外,调节原子–腔场(含振动镜)耦合系数、振动镜–腔场耦合系数可以对LQU演化的周期进行调控。

基于超强耦合腔光力系统制备的宏观量子态特性分析

利用原子-腔超强耦合光力系统,通过调制光力耦合,开展了力学振子的宏观量子叠加态的制备与特性研究。首先利用Wei-Norm方法给出了演化算符的计算过程,并针对任意原子-腔初始态情况,给出了整个系统演化波函数的解析形式,结果表明假设对原子―腔子系统进行测量,在一定条件下,振子将处于宏观量子叠加态。进一步给出了力学振子宏观量子叠加态的Wigner函数的解析表达式,并对影响宏观量子态量子性的可能因素进行了理论计算和分析。最后讨论了原子-腔不同的初始态对宏观量子相干性强弱的影响,并给出宏观量子相干性最强的初态参数;还讨论了原子-腔耦合强度对宏观量子叠加态的量子相干性的影响,发现耦合强度越强,宏观量子叠加态的量子相干性就越强。

矢量腔光力系统中光传输特性研究

在腔光力系统中,光场与力学振子间的相互作用可以产生丰富的非线性光学现象。该文研究了矢量腔光力系统中光的传输特性。入射光中包括线偏振的控制光和探测光,通过求解系统的海森堡-朗之万方程得到探测光透射率。调节控制光偏振角度可以改变腔场双稳态出现的位置和腔内光子数。当探测光与控制光之间的夹角从0°变为90°时,探测光的透射率从1变为0。此外,当失谐量一定时,改变控制场的功率,探测光群延时会在正负之间转换,即探测光的传播速度在快光和慢光之间转换。当控制场功率一定时,改变探测光与控制光之间的夹角可以使探测光群延时的大小和正负发生变换,从而使探测光的传播速度在快慢光之间转换。

腔光力系统中光场的压缩特性

研究了压缩真空态和数态输入下的腔光力系统的动力学演化特性,分析了系统参数对光场压缩效应的影响。结果表明:光场压缩呈周期性演化;随着压缩因子r的增大,压缩时间缩短,最大压缩深度增加。

基于回音壁腔光力系统的光学三极管

回音壁腔系统由于其高品质因子、小的模体积、以及简单的制造工艺而在光子器件方面有着潜在的应用。本文基于耦合的回音壁腔光力系统,通过光学泵浦-探测方案提出一种全光学三极管器件。该系统中透射信号由控制光场的功率所操控,而且信号场的放大和消逝可以通过控制栅极场的功率来实现,该器件表现出单光子光学三极管的行为。回音壁腔光力系统将在芯片尺度上的量子信息处理器件上有着潜在的应用。

混合腔光力系统的双光子散射

混合腔光力系统同时包含一次和二次光力相互作用。本文研究了混合腔光力系统中的双光子散射问题。在Wigner-Weisskopf框架下,通过求解散射过程,获得了混合腔光力系统散射态的解析表达式,揭示了双光子散射的4个物理过程:1)双光子均被直接反射,不进入腔中;2)一个光子被直接反射,另一个光子入射进腔中;3)两个光子按次序先后入射进腔中,但腔中最多只有一个光子;4)两个光子均入射进腔中。通过分析双光子散射谱,发现在该散射过程中可以产生双光子频率反关联,并且发现了混合腔光力系统中的参数与双光子散射谱特性之间的联系。该研究不仅提供了一种产生关联光子对的散射方法,而且提出了一种表征光力系统参数的光谱方法。

一种非线性腔光力系统中的光机械频梳现象

腔光力系统是一种光学谐振模式和机械振荡模式在微纳尺度上相互耦合作用的微纳腔体结构。基于微纳加工技术实现的腔光力结构具有超强光机械模式耦合效应,可在激光激励下产生超稳且窄线宽的机械振荡信号。腔光力系统中的经典力学、量子力学现象等已经被广泛应用于高精度传感、腔光力器件与电路、高效率微波-光学转换器件等技术领域。为了获得光机械振荡微波信号,采用基于非线性机械振子的光机械耦合方案,使腔光力作用在一个含有非线性振子的两级级联的机械振子系统上,实现由非线性特性光机械耦合作用引起的简并四波混频,进而产生光机械频梳。基于非线性腔光力系统的光机械频梳研究,将有效推动光子集成式光机械频梳技术的发展和广泛应用。

基于腔光力系统的新型高精度微陀螺仪

微陀螺仪是一种基于科里奥利原理或萨格拉克效应以测量角速度幅度及频率变化的惯性微传感器件,其在航空航天、无人设备、制导弹药等领域具有异常广泛的应用需求.基于微机电系统的传统微陀螺仪因噪声较大难以进一步获得性能上的较大突破.本文提出一种基于腔光力检测架构的新型微光机电系统高精度微陀螺仪结构,能在低功耗下实现超高精度角速度测量.基于光机械耦合理论,详细分析了该新型高精度微陀螺仪的工作机理和实现原理,并通过仿真验证及优化,得出其理论角速度测量灵敏度为122.2 mV/(°/s),角度随机游走为0.95°/h1/2,在相同量级惯性质量大小情况下,该新型微陀螺仪的精度明显优于传统微机电系统陀螺仪性能.

双腔双光力系统中的光非互易传输特性

光学非互易器件是光学系统中重要的组成部分,例如光隔离器.为了提高这类器件的隔离特性,提出一种双腔双光力系统,系统以两种大小不同的光力耦合强度分别与两光学腔相耦合.该系统在红失谐场的驱动下,通过调控相位差既可以实现光非互易现象,又能决定光在系统中透过与隔离的方向,这种性质来源于光力耦合相互作用和光学腔模耦合之间的量子干涉效应.研究过程中把系统中相关算符用其平均值加各自的相对涨落值来表示,然后由涨落值利用输入-输出关系得到系统的传输振幅,进而得到系统隔离率.讨论了系统隔离率随光力耦合强度变化的分布情况,发现两个力学振子的共同作用能使系统有更高的容错率.该系统通过选用一个品质因数更高的力学振子,能够实现两种特定频率光的较大隔离率,并且同时能够保证共振频率信号的反向传输.