23578.耦合原子腔光機(jī)械系統(tǒng)中量子效應(yīng)的理論研究

1、博士學(xué)位論文耦合原子腔光機(jī)械系統(tǒng)中量子效應(yīng)的理論研究Theoreticalstudyonthequantumeffectsofoptomechanicalsystemcoupledwithatoms作者姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：學(xué)科、專業(yè)：完成日期：韓燕11102009周玲教授理論物理2014年5月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要近幾年來，腔光機(jī)械系統(tǒng)引起了人們廣泛的關(guān)注和極大

2、的興趣。在共振腔中，受輻射光壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械振子在本征頻率附近振動(dòng)，從而改變了腔模的頻率，引起了光學(xué)自由度和機(jī)械自由度的耦合，我們把這種具有互相調(diào)制和耦合作用的系統(tǒng)稱為腔光機(jī)械系統(tǒng)(或者光力系統(tǒng))。隨著納米科學(xué)以及半導(dǎo)體工業(yè)在材料及工藝上的不斷進(jìn)步，超敏感的機(jī)械振子的尺寸可以達(dá)到微米及納米尺度。因此該系統(tǒng)在位移測(cè)量和質(zhì)量探測(cè)等高精度測(cè)量有著重要的應(yīng)用；并且該系統(tǒng)有助于我們認(rèn)識(shí)經(jīng)典物理與量子力學(xué)交界處的物理現(xiàn)象。另外，耦合原子、電子或量子點(diǎn)的

3、腔光機(jī)械混合系統(tǒng)有利于控制腔光機(jī)械系統(tǒng)、檢驗(yàn)基本的量子定律和研究介觀或宏觀物體的量子效應(yīng)，例如制備機(jī)械振子的壓縮態(tài)、糾纏態(tài)和疊加態(tài)等。本文在理論上主要研究了原子與光機(jī)械腔耦合的混合系統(tǒng)中的量子效應(yīng)，以期通過原子的輔助作用提高輻射光壓效應(yīng)和機(jī)械振子的壓縮性、研究微觀原子的相干性與介觀(宏觀)物體糾纏的關(guān)系，研究表明原子的相干性可以誘導(dǎo)兩個(gè)腔模以及兩動(dòng)鏡子分別產(chǎn)生糾纏，有效地抵制環(huán)境熱噪聲對(duì)機(jī)械振子壓縮態(tài)的影響和控制兩模腔之間的態(tài)轉(zhuǎn)移。全文

4、共有六章，其中第N第六章是我們的主要研究工作，具體內(nèi)容安排如下：第一章介紹了本文的研究背景及研究意義，概述幾種典型的腔光機(jī)械系統(tǒng)，介紹了輻射壓力的本征模理論、腔光機(jī)械系統(tǒng)的本征態(tài)及其研究現(xiàn)狀。最后給出本論文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排。第二章簡(jiǎn)單介紹有關(guān)腔光機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括振子庫、光腔與機(jī)械振子之間的線性耦合和平方耦合。然后，介紹了原子與光場(chǎng)相互作用和電磁誘導(dǎo)透明等量子基礎(chǔ)知識(shí)和處理方法包括量子朗之萬方程、腔場(chǎng)的輸入輸出理論。第

5、三章提出利用原子的能級(jí)相干性制備雙糾纏態(tài)的理論方案。我們考慮受經(jīng)典場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的兩模腔光機(jī)械系統(tǒng)與級(jí)聯(lián)型三能級(jí)原子的相互作用，可以得到兩個(gè)動(dòng)鏡子的糾纏；此外也可以實(shí)現(xiàn)兩模腔場(chǎng)的糾纏。最后，我們討論了腔場(chǎng)的輸出壓縮，入射原子的初態(tài)對(duì)輸出壓縮譜的影響。第四章主要討論了二能級(jí)原子系綜如何影響腔光機(jī)械系統(tǒng)中的類似電磁誘導(dǎo)透明。首先分析了耦合原子的腔光機(jī)械系統(tǒng)中腔模，機(jī)械模及原子的動(dòng)力學(xué)演化，我們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)原子的數(shù)目，可以有效地調(diào)節(jié)透明窗口的寬度。此