光力學系統(tǒng)的交叉克爾效應及非互易放大研究
發(fā)布時間：2021-11-23 16:37
光力學系統(tǒng)（Optomechanical system,簡稱OMS）是描述光場強度與力學運動相互作用的一種典型模型,它由一個固定光學鏡子和一個可移動光學鏡子組成,并通過輻射壓力將移動鏡子的力學運動與腔內的光場耦合,因此,光力學系統(tǒng)是研究光學和力學自由度耦合的理想平臺。該系統(tǒng)在量子力學、量子光學、及量子信息等領域中有著潛在的應用價值,例如光力學系統(tǒng)中的光力學誘導透明、光力學誘導放大、量子糾纏和量子壓縮特性等。宇稱-時間對稱（Parity-time symmetry,簡稱PT對稱）指的是量子系統(tǒng)在時間反演和空間宇稱變化下,其演化結果不變。這將有助于我們將量子力學的研究范圍從厄米形式推廣到非厄米形式。非互易放大光學傳輸是近年來頗受關注的熱點研究領域,利用光學干涉效應,可增強一條路徑的光信號傳輸強度,同時抑制反向路徑的信號傳輸強度,從而實現(xiàn)信號的定向傳輸或放大。本論文主要研究PT對稱光力學系統(tǒng)中的交叉克爾效應,以及三模光力學系統(tǒng)中的光學非互易放大特性。其主要研究內容如下:1、在考慮了交叉克爾效應的PT對稱光力學系統(tǒng)中,我們分別對比了有無交叉克爾介質、以及交叉克爾效應在一般情況和在PT對稱情況下...
【文章來源】：四川師范大學四川省
【文章頁數(shù)】：44 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
法布里-珀羅光力學腔模型[4]
光力學系統(tǒng)的交叉克爾效應及非互易放大研究3圖1.2光力誘導透明產生機制模型[19]。在光力誘導透明現(xiàn)象中，光力學系統(tǒng)需要同時滿足兩個條件，一是泵浦頻率處于紅失諧；二是在系統(tǒng)一側打入一束與光學腔的頻率相近的弱探測光且探測光會和相近頻率的反斯托克斯光產生Fano干涉，若進一步調整泵浦光強度和探測光與腔模的失諧，那么，在共振處探測光會發(fā)生光力誘導透明現(xiàn)象。光力誘導透明是研究量子存儲器和中繼站的重要工具。由于力學振子具有弛豫速率小，壽命長等優(yōu)點，因此，光力誘導透明在量子信息處理領域一直是一個研究熱點。光力誘導透明效應不僅促進了量子光學的發(fā)展，同時也在快慢光、光存儲和光開關等量子信息處理方面有著廣泛的應用。1.3光力誘導放大現(xiàn)象一個強度較弱的探測場和一個強度較強的控制場作用到光學腔上且滿足泵浦頻率處于藍失諧時，我們會得到光力誘導放大（Optomechanciallyinducdamplification,簡稱OMIA）現(xiàn)象，并且隨著處于力學藍邊帶的驅動光逐漸加強，光力誘導放大窗口也會變得更深。能否將光力誘導放大與光學傳輸?shù)姆腔ヒ仔韵嘟Y合來實現(xiàn)非互易性光學放大呢？本論文的另一個研究工作就是介紹通過光力學系統(tǒng)實現(xiàn)非互易性光學放大。眾所周知，光在一般介質中具有雙向傳輸?shù)幕ヒ仔裕欢诠庾蛹呻娐分�，對光的單向控制是經典和量子信息處理中最基本的要求之一。因此，光學隔離器、循環(huán)器和單向放大器等非互易性器件有著極其重要的作用，這些器件可以允許信
四川師范大學碩士學位論文6本文將一個增益腔耦合到具有交叉克爾相互作用的光力學腔，并研究了PT對稱下交叉克爾效應的影響。通過研究一般情況下和PT對稱情況下的隧穿耦合和交叉克爾效應對系統(tǒng)的光學性質的影響，我們發(fā)現(xiàn)了一些與一般情況下不同的光學特性。我們研究發(fā)現(xiàn)，在一般情況下，出現(xiàn)了一種不對稱的光力誘導透明(OMIT)光譜，該光譜由位于共振點附近的寬吸收峰和主要由克爾相互作用決定頻率位置的較細吸收線組成。采用解析結果，準確地證明了是交叉克爾耦合引起的這種不對稱性。與一般情況相反，在PT對稱和在弱隧穿耦合情況下，OMIT的共振峰增強。而在強耦合區(qū)域，隧穿耦合增強，寬吸收峰和OMIT光譜中的吸收線連續(xù)地改變直至放大，以及由于隧穿誘導的正規(guī)模分裂使中間放大窗口將分裂成兩部分。2.2模型及動力學方程本章所采用的光力學系統(tǒng)模型如圖2.1所示,左側為含有交叉克爾效應的損耗光力學腔，右側為一個增益的光學腔，兩腔間通過光子隧穿直接耦合。在損耗腔中，腔場和力學振子通過輻射壓形成光力學耦合。與此同時，在損耗腔中還有由約瑟夫森效應誘導的腔場和力學振子運動間的交叉克爾效應。在本章里，iiaa代表了頻率為i2,1ci的光學腔場的湮滅（產生）算符，bb代表了頻率為m的力學振子的湮滅（產生）算符。在損耗光學腔中，左邊固定的光學鏡子被振幅為LLLP12的強耦合場驅動。并且，我們采用一個振幅為pppP12探測光作用到損耗腔左側光學鏡上，來探測該系統(tǒng)光學性質。前面振幅表達式中的L和P分別為耦合光場和探測光場的頻率，LP和pP分別為耦合光場和探測光場的功率。圖2.1雙腔光力學系統(tǒng)原理圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Dynamics and entanglement of a membrane-in-the-middle optomechanical system in the extremely-large-amplitude regime[J]. Ming Gao,FuChuan Lei,ChunGuang Du,GuiLu Long. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(01)
本文編號：3514273
【文章來源】：四川師范大學四川省
【文章頁數(shù)】：44 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
法布里-珀羅光力學腔模型[4]
光力學系統(tǒng)的交叉克爾效應及非互易放大研究3圖1.2光力誘導透明產生機制模型[19]。在光力誘導透明現(xiàn)象中，光力學系統(tǒng)需要同時滿足兩個條件，一是泵浦頻率處于紅失諧；二是在系統(tǒng)一側打入一束與光學腔的頻率相近的弱探測光且探測光會和相近頻率的反斯托克斯光產生Fano干涉，若進一步調整泵浦光強度和探測光與腔模的失諧，那么，在共振處探測光會發(fā)生光力誘導透明現(xiàn)象。光力誘導透明是研究量子存儲器和中繼站的重要工具。由于力學振子具有弛豫速率小，壽命長等優(yōu)點，因此，光力誘導透明在量子信息處理領域一直是一個研究熱點。光力誘導透明效應不僅促進了量子光學的發(fā)展，同時也在快慢光、光存儲和光開關等量子信息處理方面有著廣泛的應用。1.3光力誘導放大現(xiàn)象一個強度較弱的探測場和一個強度較強的控制場作用到光學腔上且滿足泵浦頻率處于藍失諧時，我們會得到光力誘導放大（Optomechanciallyinducdamplification,簡稱OMIA）現(xiàn)象，并且隨著處于力學藍邊帶的驅動光逐漸加強，光力誘導放大窗口也會變得更深。能否將光力誘導放大與光學傳輸?shù)姆腔ヒ仔韵嘟Y合來實現(xiàn)非互易性光學放大呢？本論文的另一個研究工作就是介紹通過光力學系統(tǒng)實現(xiàn)非互易性光學放大。眾所周知，光在一般介質中具有雙向傳輸?shù)幕ヒ仔裕欢诠庾蛹呻娐分�，對光的單向控制是經典和量子信息處理中最基本的要求之一。因此，光學隔離器、循環(huán)器和單向放大器等非互易性器件有著極其重要的作用，這些器件可以允許信
四川師范大學碩士學位論文6本文將一個增益腔耦合到具有交叉克爾相互作用的光力學腔，并研究了PT對稱下交叉克爾效應的影響。通過研究一般情況下和PT對稱情況下的隧穿耦合和交叉克爾效應對系統(tǒng)的光學性質的影響，我們發(fā)現(xiàn)了一些與一般情況下不同的光學特性。我們研究發(fā)現(xiàn)，在一般情況下，出現(xiàn)了一種不對稱的光力誘導透明(OMIT)光譜，該光譜由位于共振點附近的寬吸收峰和主要由克爾相互作用決定頻率位置的較細吸收線組成。采用解析結果，準確地證明了是交叉克爾耦合引起的這種不對稱性。與一般情況相反，在PT對稱和在弱隧穿耦合情況下，OMIT的共振峰增強。而在強耦合區(qū)域，隧穿耦合增強，寬吸收峰和OMIT光譜中的吸收線連續(xù)地改變直至放大，以及由于隧穿誘導的正規(guī)模分裂使中間放大窗口將分裂成兩部分。2.2模型及動力學方程本章所采用的光力學系統(tǒng)模型如圖2.1所示,左側為含有交叉克爾效應的損耗光力學腔，右側為一個增益的光學腔，兩腔間通過光子隧穿直接耦合。在損耗腔中，腔場和力學振子通過輻射壓形成光力學耦合。與此同時，在損耗腔中還有由約瑟夫森效應誘導的腔場和力學振子運動間的交叉克爾效應。在本章里，iiaa代表了頻率為i2,1ci的光學腔場的湮滅（產生）算符，bb代表了頻率為m的力學振子的湮滅（產生）算符。在損耗光學腔中，左邊固定的光學鏡子被振幅為LLLP12的強耦合場驅動。并且，我們采用一個振幅為pppP12探測光作用到損耗腔左側光學鏡上，來探測該系統(tǒng)光學性質。前面振幅表達式中的L和P分別為耦合光場和探測光場的頻率，LP和pP分別為耦合光場和探測光場的功率。圖2.1雙腔光力學系統(tǒng)原理圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Dynamics and entanglement of a membrane-in-the-middle optomechanical system in the extremely-large-amplitude regime[J]. Ming Gao,FuChuan Lei,ChunGuang Du,GuiLu Long. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(01)
本文編號：3514273
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