基于腔光力学的机械振子全光调控

论文摘要

本文主要对基于腔光力学的机械振子俘获势的全光调控进行了研究。众所周知,回音壁模式微腔是能够将光场长时间地局域、储存在微纳结构中的重要且常用的平台。在微米尺寸的回音壁模式光腔中,如微芯环腔、微球腔、微瓶腔以及微环腔等等,高光学品质因子(高Q值)和较小的模式体积导致腔内可以获得较高的光功率。所以,这就使得在泵浦功率相对较低的条件下,研究各种非线性和量子光学现象成为可能。基于回音壁微腔的光力学主要研究的是微腔中光学模式与微米/纳米结构的力学运动之间的相互作用。光力系统是光场与力学运动之间的桥梁,可以被进一步应用于各类纳米光子器件。腔光力系统是一个良好的光声自由度耦合平台,并在光力诱导透明(OMIT)、混沌传递、引力波检测、质量和力学传感等领域都得到了广泛的应用。20世纪70年代,人们利用聚焦激光束实现了对纳米颗粒的俘获和控制,自此之后,光镊技术得到了广泛的研究。受到这项技术的启发,本文主要研究了在宇称时间对称的条件下,光力光学分子(两个相互耦合的微芯环腔)模型中力学模式稳态光场的“光弹簧”效应。该模型中的光力光学分子中的两个微芯环腔分别与两个波导耦合,形成分插滤波结构。力学势对揭示光力模式的非线性行为具有重要意义。在研究中我们发现,通过对非线性耦合的光场进行调制,可以得到力学模式特殊的势能曲线。通过调控电磁场的各项参数,包括腔的耗散率、失谐以及泵浦功率,可以调制出双势阱和局域的半方势垒。此外,我们还研究了系统在不同俘获势模式之间的转换过程。发现该转换过程最多需要7微秒,这也就意味着机械振子不同势能模式之间的转换速度可以达到兆赫兹水平,势能模式之间的快速转换得以实现。我们所调制出的力学俘获势和它们之间的快速转换为今后进一步研究新型量子声子器件,如量子开关和量子门的实现,提供了新的平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究内容及论文结构
•   1.3 论文的特色及创新
• 第二章 光学微腔中的回音壁模式及耦合
•   2.1 回音壁微腔简介
•   2.2 两种回音壁微腔及微腔耦合理论
•     2.2.1 微芯环腔
•     2.2.2 微瓶腔
•     2.2.3 回音壁模式微腔耦合
•     2.2.4 光纤锥的拉制
•     2.2.5 光波与回音壁模式微腔的耦合理论
•   2.3 分插滤波结构
• 第三章 微腔中的光力相互作用
•   3.1 腔光力学简介
•     3.1.1 光力与光力振荡
•     3.1.2 哈密顿量
•     3.1.3 光力系统中的量子描述
•     3.1.4 光力运动方程
•   3.2 现有光力学微腔简介
• 第四章 回音壁微腔中机械振子势的调控
•   4.1 宇称时间对称光力光学分子模型
•     4.1.1 光学分子及其应用
•     4.1.2 光学中的宇称时间对称
•     4.1.3 宇称时间对称光力光学分子模型及其动力学演化
•   4.2 机械振子的势
•     4.2.1 光镊
•     4.2.2 机械振子的势能
•   4.3 宇称时间对称光力光学分子的机械振子力学势阱模式
•     4.3.1 单势阱模式及双势阱模式
•     4.3.2 局域半方势垒模式
•   4.4 势能模式的转换
•     4.4.1 不同势能模式下腔中光场
•     4.4.2 势能模式之间的快速转换
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙洋

导师: 王川

关键词: 腔光力系统,回音壁微腔,力学势阱,模式转换

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 北京邮电大学

分类号: O431.2

总页数: 63

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