多模腔光力系统机械振子基态冷却的理论研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cmz
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腔光力学最近几年发展迅速,已然成为一个新兴的热门研究领域,无论在理论探索还是实践应用方面都具有非常重要的意义。腔光力学重点探索基于辐射光压的作用下光学模式与机械模式间的相互作用。随着科技的不断创新,光机械系统可以成功完成量子信息处理、高精度测量以及多种非经典态的制备。在光力学研究范畴内,机械振子会受到环境中热噪声的干扰进而影响相关物理现象的观测效果,所以将机械振子冷却至量子基态至关重要。近年来人们已经通过主动反馈冷却和自冷却的办法成功实现了机械振子的基态冷却,并且随着科学技术的不断革新,在优化冷却效果方面也已经取得显著成效。应用最广泛的多模腔光机械系统可以由多个机械振子或腔模组成,对探索处于量子基态附近物质的特性有着深远的意义。此外,这样的腔光力系统为冷却机械振子、获得量子相干效应以及量子操控提供了新的途径。在本文中我们首先基于一个双腔光机械系统分析了机械振子的冷却动力学过程。在辐射光压的作用下,两个腔模同时与一个机械振子相耦合。我们考虑系统处在可分辨边带冷却条件下,分析系统各个重要参数对机械振子冷却动力学的影响。通过对稳态冷却极限的结果进行研究,我们发现当两个腔模的有效失谐量不同时,机械振子的稳态声子数分裂成两个最小值,并且相应的最小值远远小于有效失谐量相等的情况。由此得到,在稳态冷却极限下,通过调节驱动场与相应腔模间的失谐量可以使机械振子的冷却效果得到显著的提高。此外,为了进一步说明系统中重要参数与机械振子冷却初期声子数变化的关系,我们还研究了一个耦合双腔光机械系统,其中机械振子同时与两个腔场耦合,不同的是此时两个腔模间也存在耦合。我们重点探究在冷却初期,通过找到合适的参数范围来调控瞬时态下冷却到基态的声子数,以获得更好的冷却效果。结果表明,两个腔的有效光力耦合强度与机械振子的冷却效果有着很大的联系。当有效光力耦合强度相等时,增强腔-腔间的耦合强度会减弱冷却效果。然而,当有效光力耦合强度不同时,通过选择合适的腔-腔耦合强度,机械振子的冷却效果可以得到极大的提升。
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