本文關鍵詞：極大振幅下腔光機械系統(tǒng)的經典動力學和量子性質的研究

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【摘要】：近年來,腔光機械引起了人們的廣泛關注并取得了迅速的發(fā)展。腔光機械關注光學腔模和機械振動自由度之間的耦合,在引力波探測、機械記憶存儲、量子信息處理等許多領域都有應用。大多數研究腔光機械的理論工作都考慮機械振動的振幅很小的情況,通過將腔模頻率在機械振子的靜態(tài)平衡位置處作展開,可以把光機械耦合近似處理為線性耦合或二次耦合。當系統(tǒng)被高功率激光驅動時,機械振動的振幅可以很大,甚至有可能達到與驅動激光波長可比的程度,我們稱這種情況為極大振幅情況。在這種情況下,應該嚴格按照腔模頻率與機械振子位置的函數關系來考慮光機械耦合。另外,在機械振子的振動周期內,不同結構的腔光機械系統(tǒng)中會發(fā)生多個光學腔模被激發(fā)或者同一個光學腔模被多次激發(fā)的現(xiàn)象,這將導致系統(tǒng)經歷更為復雜的動力學過程。本論文以極大振幅情況下腔光機械系統(tǒng)的經典動力學和量子性質為研究重點,主要內容分為以下三部分:一、我們搭建了回音壁模式微腔的制備和檢測實驗平臺,用于開展腔光機械研究。目前我們可以制備出品質因子分別達到108、106和107的微球腔、微盤腔和微芯環(huán)腔。通過將微腔與直徑接近1μm的光纖錐耦合,我們可以實現(xiàn)對微腔的光學檢測。我們在實驗上觀察到了由于光機械耦合而導致的微腔傳輸譜的周期性振蕩現(xiàn)象。二、我們研究了極大振幅情況下可移動腔鏡型腔光機械系統(tǒng)的自維持振蕩和動力學多穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。在相空間中,機械振子的自維持振蕩極限環(huán)呈邊緣為鋸齒狀的橢圓形。機械振子可以表現(xiàn)出動力學多穩(wěn)態(tài),在不同的初始條件下,可以到達不同的自維持振蕩狀態(tài)。通過分析機械振子的振動過程和相伴隨的腔中光子數的變化過程,我們得到了自維持振蕩能量平衡條件的解析表達式。我們還研究了機械非線性效應對機械振蕩的影響。三、我們研究了極大振幅情況下腔中薄膜型腔光機械系統(tǒng)的經典動力學和量子糾纏。通過數值求解系統(tǒng)的經典運動方程,我們發(fā)現(xiàn)薄膜能夠以邊緣為鋸齒狀的橢圓形極限環(huán)進行自維持振蕩,并且能夠表現(xiàn)出動力學多穩(wěn)態(tài)。我們研究了經典軌道的量子漲落部分的動力學過程并使用對數負值度計算了薄膜和腔中光場的糾纏。我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的經典動力學過程和量子糾纏的演化具有一定的同步性。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O431.2

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本文編號：1184100