【摘要】：微納機(jī)械振子可以與不同的物理系統(tǒng)產(chǎn)生相互作用,將不同的物理量轉(zhuǎn)換為機(jī)械振子的振動(dòng)(聲子),控制聲子在機(jī)械振動(dòng)模式間的傳遞可以實(shí)現(xiàn)信息在不同物理系統(tǒng)間的交互。除此之外,通過(guò)對(duì)機(jī)械振子的相干聲子操控,人們有望在宏觀物體上觀測(cè)到聲子疊加態(tài)等量子現(xiàn)象。因此,研究微納機(jī)械振子中的相干聲子傳遞,是一件非常有意義的事。近年來(lái),隨著微加工技術(shù)的不斷提升,機(jī)械振子的品質(zhì)因子不斷提高,甚至于光場(chǎng)與機(jī)械振子的微弱相互作用都能影響振子的振動(dòng)。在本篇博士論文里,我們?cè)趦蓚�(gè)耦合微懸臂梁的兩模光力系統(tǒng)中開(kāi)展了相干聲子操控的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明,這樣的一個(gè)兩模光力系統(tǒng)與量子二能級(jí)系統(tǒng)有著一定的相似性。我們借鑒量子系統(tǒng)中發(fā)展的一些操控方法,重點(diǎn)研究了強(qiáng)驅(qū)動(dòng)條件下的相干聲子操控。通過(guò)這些方法,我們實(shí)現(xiàn)了聲子在耦合微懸臂梁上的相干傳遞。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.可調(diào)諧的兩模腔光力系統(tǒng)。我們通過(guò)兩個(gè)耦合的微懸臂梁搭建了一套有著強(qiáng)色散光力耦合作用的中間薄膜型腔光力系統(tǒng)。懸臂梁的振動(dòng)模式由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的存在而雜化形成兩個(gè)正交振動(dòng)模式。通過(guò)改變因禁光功率,我們改變了正交模式在微懸臂梁間的分布,當(dāng)兩個(gè)懸臂的振動(dòng)頻率相同時(shí),我們觀察到了兩個(gè)正交模式的免交叉現(xiàn)象。2.光學(xué)調(diào)控正交模式劈裂。在可調(diào)諧兩模腔光力系統(tǒng)中,我們?cè)谌躜?qū)動(dòng)條件下研究了兩個(gè)正交模式間劈裂的關(guān)系。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度,我們可以改變參量耦合的強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)聲子以不同的速率在兩個(gè)正交模式間傳遞。3.兩模腔光力系統(tǒng)中的類Landau-Zener隧穿。我們?cè)趦赡Ｏ到y(tǒng)中,以不同的速率改變囚禁光功率,使系統(tǒng)以不同的速度穿過(guò)免交叉點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了聲子的Landau-Zener隧穿。在重復(fù)兩次隧穿過(guò)程中,改變系統(tǒng)在兩次穿過(guò)免交叉點(diǎn)間的演化時(shí)間,我們觀測(cè)到了聲子的Stuckelberg干涉。利聲子的Stuckelberg干涉儀,我們實(shí)現(xiàn)了兩模系統(tǒng)中斯托克斯相位的測(cè)量。隨后,我們研究了周期性的Landau-Zener隧穿。實(shí)驗(yàn)表明,在特定條件下,聲子間會(huì)發(fā)生相干相消隧穿,被束縛在微懸臂梁上而不發(fā)生傳遞。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)條件,我們?cè)谙到y(tǒng)免交叉點(diǎn)處構(gòu)造了一個(gè)全范圍耦合強(qiáng)度可調(diào)的相干光力開(kāi)關(guān)。4.聲子的Stuckelberg幾何干涉儀。我們利用兩個(gè)參量耦合的機(jī)械模式構(gòu)造聲子的Stuckelberg幾何干涉儀。我們調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)使其在參量空間的演化形成了一個(gè)閉合回路。我們證明了在兩個(gè)Landau-Zener隧穿點(diǎn)之間,振子的振動(dòng)態(tài)可以對(duì)有效場(chǎng)在布洛赫球上的演化實(shí)現(xiàn)絕熱跟隨。通過(guò)改變往返隧穿過(guò)程中系統(tǒng)態(tài)矢演化路徑在布洛赫球上所對(duì)應(yīng)的空間立體角,我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)幾何相位的操控。為了實(shí)現(xiàn)純幾何相位的相干聲子操控,我們利用向旋回波的技術(shù)來(lái)消除隧穿過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)相。最后我們對(duì)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)施加不同帶寬的白噪聲,實(shí)驗(yàn)證明了兒何相位操控相較于動(dòng)力學(xué)操控方法確實(shí)具有更強(qiáng)的抗噪性。
【圖文】：

多個(gè)機(jī)械振子同時(shí)與待測(cè)系統(tǒng)耦合，相當(dāng)于同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了多次測(cè)量，因此可逡逑以降低系統(tǒng)中的噪聲，提高測(cè)量的信噪比。例如，在２００４年，密歇根大學(xué)的逡逑Ｓｅｕｎｇｂａｅ邋Ｌｅｅ等人就利用微機(jī)械振子陣列來(lái)降低測(cè)量過(guò)程中的相位噪聲［圖１．２］，逡逑相比于單機(jī)械振子測(cè)量，其測(cè)量過(guò)程中的相位噪聲降低了邋２４ｄＢ［４Ｇ］。逡逑ＢＩ\b秦娭４晝邋＾邋Ｉ邋ｉ逡逑－邐－邐－？邐，＇－邋－ｉ邋？－－－？■＇■？■ｗ＊－邐邐邐邐邋－邋■邐．邋－邋－邋－－．—邋－邋－－邋－邋＿邐＊？＇邐．‘，逡逑？邐）邐：邋？？邋＾邋鋒，二…．．．．．；逡逑圖１．２邋—種微納機(jī)械振子陣列［４（）］逡逑２逡逑

＇邋ＲＦ逡逑圖１．１微納機(jī)械振子與其他物理場(chǎng)耦合逡逑（ａ）機(jī)械振子與自旋系統(tǒng)耦合ｐ４１，（ｂ）機(jī)械振子與光場(chǎng)光場(chǎng)以及電場(chǎng)耦合［３５１。逡逑此外，人們還提出了利用微納機(jī)械振子陣列提高測(cè)量精度的方法［３９］。由于逡逑多個(gè)機(jī)械振子同時(shí)與待測(cè)系統(tǒng)耦合，相當(dāng)于同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了多次測(cè)量，因此可逡逑以降低系統(tǒng)中的噪聲，，提高測(cè)量的信噪比。例如，在２００４年，密歇根大學(xué)的逡逑Ｓｅｕｎｇｂａｅ邋Ｌｅｅ等人就利用微機(jī)械振子陣列來(lái)降低測(cè)量過(guò)程中的相位噪聲［圖１．２］，逡逑相比于單機(jī)械振子測(cè)量，其測(cè)量過(guò)程中的相位噪聲降低了邋２４ｄＢ［４Ｇ］。逡逑ＢＩ\b秦娭４晝邋＾邋Ｉ邋ｉ逡逑－邐－邐－？邐，＇－邋－ｉ邋？－－－？■＇■？■ｗ＊－邐邐邐邐邋－邋■邐．邋－邋－邋－－．—邋－邋－－邋－邋＿邐＊？＇邐．‘
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH74

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