腔光力学系统的量子和非线性特性研究

论文摘要

近年来,由机械振子和光学腔场组合形成的腔光力学系统成为人们观察宏观量子现象、检验量子理论的理想平台。因此腔光力学系统在理论上和实验上都受到了广泛的关注。本文中,我们研究了原子混合腔光力学系统的纠缠特性;研究了混有光学参量放大器在内的腔光力学系统中光力诱导透明、光力诱导放大现象;研究了光学腔的暗态现象。在第三章中,我们研究的是由光学腔场、可移动镜子、带电体和原子系综组成的混合腔光力学系统中三个子系统（原子系综和光学腔场、原子系综和可移动镜子、可移动镜子和光学腔场）的纠缠特性。从腔光力学系统的哈密顿量入手,通过海森堡-郎之万方程、以及纠缠对数负性公式得出腔光力学系统静态纠缠特性。在实验可接近的参数范围内,数值结果表明,不但直接作用的原子系综和光学腔场之间、可移动镜子和光学腔场之间是纠缠的,间接作用的原子系综和可移动镜子之间也是纠缠的。即在混合腔光力学系统中出现了多体纠缠现象。驱动场的功率、库伦相互作用力、原子系综耦合强度均对三个子系统的纠缠特性产生影响。正如我们所期望的,通过引入库伦相互作用力,可以提高腔光力学系统中纠缠消失的温度。在第四章中,我们首先介绍了系统的物理模型,它包含一个光学腔场和两个可移动镜子,光学参量放大器内置在光学腔场中。然后通过Heisenberg-Langevin方程求解稳态情况下该腔光力学系统中各个算符平均值并利用微扰理论及输入输出关系求解出关于探测场输出的两个正交分量。最后从数值上分析了加入光学参量放大器的非线性晶体对腔光力学系统的输出光谱的调整,即非线性介质引起的非线性特征:光力诱导透明、光力诱导放大现象。在第五章中,我们研究了由n个单模光学腔场组成的链式和非链式耦合系统中每个光学腔场的稳态光子数分布情况。我们可以控制使其中一个或多个光学腔场内光子数为零,而其他的光学腔场中有光子数,即出现暗态现象。这种暗态产生类似于（43）和tripod型系统中的原子暗状态。这样的暗态模式源自完美的相消干涉。在链式耦合系统中,当光学腔场为3个时,可以得到一个锐利的暗态倾角;当光学腔场为4个时,可以得到两个锐利的暗态倾角,以此类推。在非链式耦合系统中,当光学腔场为4个时,系统中产生两个暗态倾角;当光学腔场为5个时,系统中产生三个暗态倾角,以此类推。本系统利于设计敏感的开关或测量光子器件。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 光压
•   1.2 腔光力学简介
•   1.3 腔光力学系统的应用
•   1.4 各种腔光力学系统
•   1.5 本论文的结构及主要内容
• 第2章 与论文相关的理论基础及研究背景
•   2.1 光学腔场的基本性质
•   2.2 机械振子的基本性质
•   2.3 光学腔场与机械振子的耦合过程
•     2.3.1 光学腔场与机械振子的线性耦合
•     2.3.2 光学腔场与机械振子的平方耦合
•   2.4 腔光力学系统的参数
•   2.5 腔光力学系统的哈密顿量
•   2.6 腔光力学系统的海森堡-郎之万运动方程
•   2.7 腔光力学系统的线性化处理
•     2.7.1 在哈密顿量中进行线性化处理
•     2.7.2 在海森堡-朗之万方程中进行线性化处理
•   2.8 腔光力学系统高阶边带的产生
• 第3章 耗散型耦合腔光力学系统中的纠缠
•   3.1 引言
•   3.2 理论模型与主要公式
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 驱动光场功率对三个子系统纠缠的影响
•     3.3.2 库伦耦合强度对三个子系统纠缠的影响
•     3.3.3 原子系综耦合强度对三个子系统纠缠的影响
•     3.3.4 温度对三个子系统纠缠的影响
•   3.4 小结
• 第4章 腔光力学系统中光力诱导透明和光力诱导放大现象
•   4.1 引言
•   4.2 理论模型与主要公式
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 单重光力诱导透明现象
•     4.3.2 双重光力诱导透明现象
•     4.3.3 光力诱导放大现象
•   4.4 小结
• 第5章 耦合腔阵列中暗态的制备
•   5.1 引言
•   5.2 理论模型与主要公式
•   5.3 结果与讨论
•     5.3.1 链式耦合腔结果与讨论
•     5.3.2 非链式耦合腔结果与讨论
•   5.4 小结
• 论文总结
• 参考文献
• 作者简介及攻读博士学位期间所取得的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王婧

导师: 吴金辉

关键词: 腔光力学系统,机械振子,宏观纠缠,光力诱导透明,光子暗态

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 吉林大学

分类号: O431.2

总页数: 112

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