耦合腔光力系统中热声子流的特性研究

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近年来,将光学模式与宏观机械振子运动模式耦合的腔光力系统得到了广泛的关注。各种各样的宏观量子现象,如量子光力纠缠,机械振子量子相干性以及机械运动模式的基态冷却等已被细致的研究。同时,腔光力系统也被用来探索机械运动模式从经典性质往量子区域的转变。注意到机械振子总是与耗散环境相耦合,这使得从机械振子热环境往耦合腔光力系统的能量流动的研究也具有非常重要的意义。本文主要基于所提出的两类混合腔光力系统,研究从环境热源到耦合系统的稳态热声子流。进一步的,我们探索了机械振子运动模式的基态冷却与热声子流特性的关系。论文主要包含下面两部分内容:在第一部分中,我们研究了双腔光力系统中稳态热声子流。该系统由两个光学腔和一个机械振子组成。在研究中我们发现,通过将具有增益的有源腔耦合到无源腔,可以灵活地控制系统中热声子流的方向和大小。特别是,注入的压缩真空场可以逆转系统的非平衡特性,并将热声子流从正变为负。我们还详细研究了驱动功率和光子隧穿强度对热声子流的影响,这可以拓宽系统的能量传输通道。在第二部分中,我们研究了包含简并光学参量放大器和原子量子真空力的腔光力系统中稳态热声子流和基态冷却特性。该系统由一个悬浮石墨烯片和法布里-帕罗腔组成,法布里-帕罗腔中含有单个原子和一个简并光学参量放大器。光学参量放大器可以极大地增强腔光力系统中的非线性光学效应。我们发现通过改变俘获原子和附近石墨烯片之间的真空耦合强度,可以灵活控制石墨烯振子的冷却特性和热声子流的大小。另外我们也发现最大热声子流总是对应于石墨烯片的最小有效声子数,这得益于系统最优化的热声子输运。这些系统优化特性有助于腔光力系统的设计及其在量子光学和量子信息中的应用。
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