腔光機(jī)械耦合系統(tǒng)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振腔與機(jī)械振子之間的相互作用,對(duì)量子理論以及其應(yīng)用技術(shù)的研究都具有極高的價(jià)值。由于機(jī)械振子本身頻率較低很容易受到外界熱環(huán)境的激發(fā)產(chǎn)生熱噪聲,阻礙后續(xù)對(duì)量子現(xiàn)象的研究,所以對(duì)機(jī)械振子進(jìn)行冷卻以及優(yōu)化具有十分重要的意義。本文研究主要包括兩個(gè)部分,分別利用兩種不同的腔光機(jī)械耦合系統(tǒng)對(duì)在可分辨邊帶弱耦合條件下的機(jī)械振子進(jìn)行冷卻,探究在什么系統(tǒng)參數(shù)條件下機(jī)械振子的冷卻達(dá)到最小值。在第一部分中,利用F-P腔光機(jī)耦合系統(tǒng)對(duì)機(jī)械振子冷卻以及優(yōu)化進(jìn)行研究。首先,由系統(tǒng)總哈密頓量推導(dǎo)出描述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)演化的量子郎之萬(wàn)方程以及輸入噪聲關(guān)系式,利用平均漲落理論對(duì)其進(jìn)行線(xiàn)性化處理,并將其變換到頻域上。然后,利用線(xiàn)性化的哈密頓量推導(dǎo)出機(jī)械振子的輻射壓力噪聲譜密度,由此推導(dǎo)機(jī)械振子的凈冷卻率與穩(wěn)態(tài)聲子數(shù)。最后,分析系統(tǒng)各個(gè)參量對(duì)凈冷卻率以及穩(wěn)態(tài)聲子數(shù)的影響,并研究分析機(jī)械振子冷卻的優(yōu)化參數(shù)條件。在第二部分中,利用膜腔光機(jī)耦合系統(tǒng)對(duì)機(jī)械振子冷卻以及優(yōu)化進(jìn)行研究。首先,由傳輸矩陣?yán)碚撚?jì)算出腔模系統(tǒng)中光腔的透射率,并利用傅里葉逼近計(jì)算出光腔的共振頻率。然后,再利用量子郎之萬(wàn)方程描述機(jī)械振子的動(dòng)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

輻射壓力原理示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-2-2(a)。一般太陽(yáng)光的輻射壓力非常小，只有彗星運(yùn)行至太陽(yáng)系與太陽(yáng)距離足夠近時(shí)，彗星表面顆粒所受到的輻射壓力才大于彗星引力形成彗尾。其實(shí)，光的輻射壓力現(xiàn)象的還有很多，其中最具代表性的就是利用太陽(yáng)輻射壓力為動(dòng)力的太陽(yáng)帆，如圖1-2(b)。只要存在太陽(yáng)輻射，光壓會(huì)推動(dòng)其向遠(yuǎn)離太陽(yáng)方向運(yùn)動(dòng)。若將帆板的面積做的足夠大，那太陽(yáng)帆所受到的推力是相當(dāng)可觀的。圖1-2(a)彗星(b)太陽(yáng)帆，圖片來(lái)源www.baidu.com直到1901年，Nichols和Hull[6]的實(shí)驗(yàn)才首次證明了Maxwell對(duì)輻射壓力強(qiáng)度的預(yù)測(cè)[7]。20世紀(jì)70年代，Braginsky利用對(duì)振蕩器加速度的測(cè)定分析出量子性質(zhì)對(duì)其靈敏度的影響[8]，并討論了對(duì)振蕩器量子態(tài)非破壞性測(cè)量的可能性。1975年，Hnsch和Schawlow[9]以及Dehmelt和Wineland[10]兩個(gè)研究小組同時(shí)提出利用輻射壓力的非保守性質(zhì)可將運(yùn)動(dòng)的原子冷卻。隨后1983年，Dorsel,Mccullen,和Meystre等人首次利用宏觀機(jī)械振子對(duì)腔體中的輻射壓力效應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[11]，這為后來(lái)腔光機(jī)械耦合系統(tǒng)中微納尺寸的機(jī)械振子的輻射壓力冷卻奠定了基矗1.2.2機(jī)械振子研究進(jìn)展一般情況下，研究機(jī)械振子的量子特性系統(tǒng)需要滿(mǎn)足mBωkT(其中mω為機(jī)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-3-械振子的共振頻率，Bk為玻爾茲曼常數(shù))，所以對(duì)振動(dòng)頻率高的小機(jī)械振子的選擇十分必要。目前，對(duì)機(jī)械振子冷卻的研究已經(jīng)進(jìn)入微納尺度，質(zhì)量從g-zg的機(jī)械振子都相繼出現(xiàn)，例如基于F-P腔的機(jī)械振子[12-15]，腔中膜結(jié)構(gòu)[16-17],基于回音壁模式的微球振動(dòng)腔壁[18-22]、微環(huán)腔[23-24]、微瓶腔[25-26]以及微盤(pán)腔[27-28]，光子晶體缺陷腔與納米束[29-32]和超導(dǎo)腔光系統(tǒng)[33-34]等，如圖1-3、1-4。圖1-3質(zhì)量從g-fg的機(jī)械振子，(a)懸掛式宏觀鏡，(b)懸浮微柱，(c)懸浮微鏡，(d)彈床諧振器，(e)懸浮振子，(f)雜化光機(jī)系統(tǒng)，(g)微型環(huán)，(h)半導(dǎo)體微盤(pán)諧振器，(i)雙盤(pán)微諧振器。圖片來(lái)自文獻(xiàn)[35]然而，對(duì)于宏觀鏡子的腔冷卻[36]與利用低溫系統(tǒng)進(jìn)行的腔冷卻[37]的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是近些年才完成的。需要注意的是，上文提到的微波腔和微納尺度的機(jī)械振子的冷卻實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)取得不錯(cuò)的進(jìn)展[38-40]。值得注意的是，2012年，第一個(gè)腔光機(jī)械耦合系統(tǒng)中振子機(jī)械運(yùn)動(dòng)的量子化現(xiàn)象的觀察實(shí)驗(yàn)被證實(shí)[41]，再一次說(shuō)明腔光機(jī)械系統(tǒng)豐富的光學(xué)性質(zhì)與機(jī)械性質(zhì)對(duì)機(jī)械振子的研究具有顯著的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)，這一領(lǐng)域的理論和實(shí)驗(yàn)工作在機(jī)械振子量子基態(tài)冷卻方面都得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在理論研究上，可利用腔光機(jī)械耦合系統(tǒng)研究豐富的量子效應(yīng)。2013年，TAPalomaki[42]等人利用傳播的電信號(hào)來(lái)糾纏宏觀機(jī)械振蕩器的運(yùn)動(dòng)，并將糾纏態(tài)的一半存儲(chǔ)在機(jī)械振蕩器中，從而使兩個(gè)物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享糾纏的量子態(tài)，用以測(cè)量超越量子極限的的力。同年，AmirH.Safavi-Naeini等人利用集成在硅芯片上的納米

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Review of cavity optomechanical cooling[J]. 劉永椿,胡毓文,黃智維,肖云峰.  Chinese Physics B. 2013(11)
[2]輻射壓力誘導(dǎo)強(qiáng)耦合光機(jī)械腔中的簡(jiǎn)正模式分裂和冷卻(英文)[J]. 陳華俊,米賢武.  量子電子學(xué)報(bào). 2012(02)

碩士論文
[1]腔光力Si3N4薄膜可分辨邊帶冷卻及冷卻激光噪聲的高效抑制[D]. 張新艷.山西大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3588398