复合腔光力系统中的光力诱导透明和二阶边带调控研究

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腔光力系统通常由光学微腔与机械振子通过辐射压力耦合而成。得益于纳米加工技术的不断进步,光学微腔的制备技术也逐渐成熟,使腔光力学在许多领域得到迅速发展。如量子信息处理、非经典态的制备、超灵敏测量以及量子传感等。近些年,腔光力系统中的光力诱导透明(Optomechanically Induced Transparency,OMIT)在量子存储领域展现出巨大的发展潜力,多种不同的复合腔光力系统被提出,包括宇称-时间(Parity-Time,PT)对称光力系统、拉盖尔-高斯旋转腔光力系统以及原子辅助腔光力系统。此外,还可以在光力系统中加入不同的非线性介质,为量子操控以及量子信息处理提供了更多的途径。另外,高阶边带效应作为光力系统中的一种典型的非线性现象,是由四波混频和拉曼散射共同作用产生的。通常,光力系统中的高阶边带效率会远低于一阶边带效率。因此,光力系统中的高阶边带效应的增强引起了人们广泛的关注。首先,本论文提出了一个包含克尔介质的四模复合腔光力系统。当克尔系数增加时,光力系统更容易从稳定状态过渡到不稳定状态。固定增益-损耗比时,增加克尔系数,增益-损耗比所对应的稳定区域宽度会随之减少。此外,与不含克尔介质的光力系统对比,可以发现在光力腔中加入克尔介质会使得光力系统在共振处的吸收速率增加。当系统处于稳定状态下时,可以通过改变克尔系数线性地改变吸收峰的位置。另外,还发现光力系统中快慢光的转变可以通过调整克尔系数、隧穿强度以及泵浦场的振幅来实现。其次,研究了PT对称非线性腔光力系统中高阶边带效应。在光力腔中放入光学参量放大器(Optical Parametric Amplifier,OPA)和克尔介质,另一个腔作为增益腔。当系统为PT对称结构时,改变隧穿强度会使得光力系统中的增益补偿了无源腔中的损耗,从而使二阶边带效率显著增加。当OPA的增益增加时,光学腔中的光子数目增加,非线性增强,使得二阶边带效率得到显著提升。此外,通过改变PT对称结构可以显著提高二阶边带产生效率。另外,还发现OPA的增益可以有效地调控光力系统中的快慢光效应。
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