【摘要】：腔光力學探索了光腔與機械振子之間的輻射壓力耦合。在過去的二十年間,這一領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注,并取得了很多成就,包括冷卻機械振子到運動基態(tài)、光力誘導透明、簡正模式分裂以及量子態(tài)轉(zhuǎn)換等。注意到大多數(shù)成就的取得,都是通過將光力相互作用線性化得到的,本質(zhì)上是因為當前實驗上能夠?qū)崿F(xiàn)的單光子光力耦合強度非常弱。因此,亟需增強光力耦合達到單光子強耦合機制,即單光子水平上的光力耦合強度超過系統(tǒng)的衰減。在此機制下,可以揭示很多有意思的非線性量子效應(yīng),例如光子阻塞現(xiàn)象、光場和機械振子宏觀非經(jīng)典態(tài)的制備以及多聲子邊帶等。重要的是,這些效應(yīng)可以加深對單光子水平上光子-光子以及光子-聲子之間相互作用的理解,在量子信息處理、量子測量以及全光量子計算中有著重要的應(yīng)用。另一方面,隨著納米制造技術(shù)的提高以及微納機械器件的發(fā)展,光力相互作用可以在許多不同的系統(tǒng)中實現(xiàn)。此外,光力系統(tǒng)可以和許多其它的量子系統(tǒng)相結(jié)合形成混雜的量子系統(tǒng),這樣的混雜系統(tǒng)為研究光子、聲子與物質(zhì)的相互作用提供了有力的平臺,并且具備多任務(wù)處理的能力。因此,它在混雜的量子網(wǎng)絡(luò)中有著潛在的應(yīng)用�；谝陨蟽煞矫�,我們提出了相關(guān)方案來增強光力耦合強度,研究了光力系統(tǒng)中的少光子非線性效應(yīng),包括光子阻塞、光場的多分量薛定諤貓態(tài)以及光子與聲子的互克爾非線性。此外,我們也對混雜系統(tǒng)中的聲子阻塞效應(yīng)進行了研究。主要工作包括以下三方面:1.我們提出了利用調(diào)制的方法實現(xiàn)光力系統(tǒng)非線性量子機制的方案。在我們所考慮的受到調(diào)制的光力系統(tǒng)中,機械振子的彈性常數(shù)以及初始的光力耦合受到周期性的調(diào)制。通過將彈性常數(shù)調(diào)制誘導的力學參量放大以及對耦合的調(diào)制相結(jié)合,共振的光子與聲子的相互作用可以被有效的增強到單光子強耦合機制。此外,由力學參量放大誘導的放大的聲子熱噪聲,可以通過引入一個聲子的壓縮真空庫來抑制。當壓縮真空庫的相位與參量放大的相位相匹配時,放大的聲子熱噪聲可以被完全的消除。這使得在一個弱耦合的光力系統(tǒng)中實現(xiàn)了光子阻塞效應(yīng)以及腔場的非經(jīng)典態(tài)(例如薛定諤貓態(tài))。這項研究提供了一種有希望的路徑來增強光力系統(tǒng)的量子非線性,在現(xiàn)代量子科學中具有潛在的應(yīng)用。2.我們提出了能夠顯著增強光子與聲子之間的互克爾非線性的方案。具體來說,我們在一個二次耦合的光力系統(tǒng)中考慮了雙光子參量驅(qū)動。利用參量驅(qū)動誘導的壓縮以及內(nèi)稟的非線性相互作用,在合適的系統(tǒng)參數(shù)條件下,可以得到顯著增強的光子-聲子的互克爾非線性項。此外,壓縮腔模的噪聲,可以通過引入一個相關(guān)相位與參量驅(qū)動的相位相匹配的寬頻壓縮真空庫來進行完全的抑制。在增強的互克爾非線性以及抑制噪聲的情況下,我們在一個初始處于弱耦合的光力系統(tǒng)中,說明了實現(xiàn)聲子數(shù)的量子非破壞性測量的可行性。我們也研究了光子與聲子之間的反關(guān)聯(lián)效應(yīng)以及阻塞現(xiàn)象。原則上,這樣的現(xiàn)象提供了一種可能性,執(zhí)行光子與聲子間的操縱。這些操縱可以應(yīng)用于量子信息處理以及混雜的量子網(wǎng)絡(luò)中。3.我們在由NV自旋和機械振子組成的混雜系統(tǒng)中研究了聲子阻塞效應(yīng)。在該系統(tǒng)中,由二階磁場梯度誘導的NV與機械運動之間的耦合,會產(chǎn)生雙聲子J-C型的非線性相互作用。這種相互作用能夠允許在強耦合機制下實現(xiàn)聲子阻塞效應(yīng)。另外,我們也研究了系統(tǒng)參數(shù)對聲子統(tǒng)計特性的影響,并基于當前的實驗條件,說明了該方案的可行性。這項工作擴展了使用混雜系統(tǒng)實現(xiàn)聲子的量子控制的前景,為發(fā)展新型的量子器件提供了可能。綜上所述,本文主要研究了如何增強光力系統(tǒng)的量子非線性以及相關(guān)量子效應(yīng)的實現(xiàn),也對混雜系統(tǒng)中的量子效應(yīng)進行了研究。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O431.2

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 云中客;;對高頻聲子的探測[J];物理;2008年12期

2 白玉海,裴力偉;固體中高頻聲子的激勵[J];物理;1985年07期

3 賈榮誼;劉東源;;低溫下多聲子無輻射躍遷[J];北京師范大學學報(自然科學版);1987年04期

4 肖景林;鄭凌峰;顧世洧;;半無限晶體中表面電子的性質(zhì)[J];河北師范大學學報;1987年02期

5 奚定平;;零禁帶半導體的介電常數(shù)和電子與有極聲子的耦合[J];深圳大學學報;1987年Z1期

6 龔錚紅,吳培亨;超導結(jié)聲子檢測器中信號幅度的理論估算[J];低溫與超導;1988年03期

7 龐根弟,蔡建華;非均勻無序系統(tǒng)的聲子局域化[J];物理學報;1988年04期

8 田明真,潘金聲;極性超晶格中電子—聲子的相互作用[J];發(fā)光學報;1988年01期

9 王仁智,黃美純;立方半導體光學聲子形變勢的LMTO計算方法[J];半導體學報;1988年04期

10 汪兆平,韓和相,李國華,江德生;GaAs/AlAs超晶格中的TO聲子限制模[J];半導體學報;1988年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張包錚;李宇新;林美榮;陳文駒;;多聲子無輻射弛豫速率的理論研究[A];第四屆全國基礎(chǔ)光學學術(shù)報告會論文集[C];1989年

2 江光佐;;在極性晶體的非對稱雙立體結(jié)中的光學聲子模式[A];數(shù)學·物理·力學·高新技術(shù)研究進展（一九九六·第六期）——中國數(shù)學力學物理學高新技術(shù)交叉研究會第6屆學術(shù)研討會論文集[C];1996年

3 從鑫;譚平恒;;拉曼光譜探測石墨烯聲學聲子及其聲速[A];第二十屆全國光散射學術(shù)會議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

4 譚立潔;胡啟威;雷力;姜小東;高上攀;賀端威;;組分、壓力和溫度對合金拉曼聲子行為的影響[A];第十八屆中國高壓科學學術(shù)會議縮編文集[C];2016年

5 葛惟昆;;局域聲子的拉曼散射和紅外光譜[A];第二十屆全國光散射學術(shù)會議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

6 張懌;湯亮亮;黃潮;沙群浩;;二維鈣鈦礦材料中熱聲子瓶頸效應(yīng)增強現(xiàn)象[A];2018第二屆全國太陽能材料與太陽能電池學術(shù)研討會摘要集[C];2018年

7 盧海舟;陳佐子;呂嶸;朱邦芬;;聲子輔助非彈性電子隧穿中的并諧原理[A];第十六屆全國半導體物理學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

8 顧云風;;有限元技術(shù)在晶格結(jié)構(gòu)聲子輸運分析中的應(yīng)用[A];中國力學大會-2017暨慶祝中國力學學會成立60周年大會論文集（C）[C];2017年

9 石文;王冬;帥志剛;;在導電聚合物中實現(xiàn)聲子玻璃和電子晶體[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第十八分會：電子結(jié)構(gòu)理論方法的發(fā)展與應(yīng)用[C];2016年

10 姜恒;陳猛;王育人;郭艷宏;馮亞菲;;聲子玻璃物理建模的探索研究[A];第十四屆船舶水下噪聲學術(shù)討論會論文集[C];2013年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 本報首席記者 張懿;用“聲子學”引領(lǐng)熱技術(shù)突破[N];文匯報;2012年

2 記者 馮衛(wèi)東;新加坡推出聲子計算機概念[N];科技日報;2007年

3 記者 王小龍;首次實驗證實聲子具備磁性[N];科技日報;2015年

4 常麗君;《自然》介紹新興聲子學研究八個主題領(lǐng)域[N];科技日報;2013年

5 通訊員 張前 記者 談潔;聲子未來將能輕松探測病變細胞[N];南京日報;2012年

6 馬晨;計算機可以依靠熱能運行嗎？[N];科技日報;2008年

7 記者 劉園園;原子間熱量流動靠“聲子隧道”[N];科技日報;2015年

8 常麗君;“量子麥克”能捕獲極微弱聲音[N];科技日報;2012年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 尹太雙;光力系統(tǒng)中少光子非線性效應(yīng)的研究[D];華中科技大學;2019年

2 汪寶;PT對稱系統(tǒng)中光子-聲子/磁子動力學特性的理論研究[D];華中科技大學;2019年

3 馬登科;基于聲子波動性調(diào)控低維體系熱導率的理論與模擬研究[D];華中科技大學;2019年

4 石海泉;納米機械振子中的聲子阻塞研究[D];南昌大學;2019年

5 張燕燕;基于超快速瞬態(tài)測試技術(shù)的超薄硅和鍺膜熱導研究及其對器件自熱效應(yīng)的影響[D];浙江大學;2019年

6 祁冬祥;低維人工微結(jié)構(gòu)中的聲子輸運及調(diào)控[D];南京大學;2013年

7 王梅;混雜光力系統(tǒng)中的光混沌和聲子量子現(xiàn)象的研究[D];華中科技大學;2018年

8 熊雪;應(yīng)力條件下固體熱輸運微觀機理研究[D];中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所);2019年

9 羅頤秀;稀土硅酸鹽材料熱學性能的理論研究及聲子工程調(diào)控[D];中國科學技術(shù)大學;2019年

10 劉劍;新型拓撲電子與聲子材料的第一性原理研究[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2019年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 王夢亞;GaAs晶體中相干聲學聲子的超快動力學研究[D];華中科技大學;2019年

2 高夢楠;兩種二維異質(zhì)結(jié)體系中手性聲子的第一性原理研究[D];南京師范大學;2019年

3 趙亞芬;復雜微納系統(tǒng)熱輸運的蒙特卡洛模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

4 王宇生;硅鍺外延薄膜中的聲子輸運及調(diào)控研究[D];南京大學;2019年

5 王姣嬌;一維原子結(jié)模型中聲子手性的調(diào)控[D];南京師范大學;2018年

6 徐錫方;兩種不同晶格的手性聲子[D];南京師范大學;2018年

7 周魁葵;碳基超晶格結(jié)構(gòu)中熱輸運性質(zhì)的研究[D];湘潭大學;2018年

8 蔣永強;納米結(jié)構(gòu)聲子熱輸運特性的理論研究[D];東南大學;2018年

9 王建霞;纖鋅礦核多殼層柱型納米線中局域模和傳播模光學聲子及其混晶效應(yīng)[D];內(nèi)蒙古大學;2018年

10 侯月霞;金屬納米線結(jié)構(gòu)中的量子化聲子模式及電子—聲子相互作用[D];云南大學;2015年

，

本文編號：2678999