三模光力系统中的非线性光学特性研究

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典型的光力系统一般由一个法布里-珀罗(Fabry-Perot)式光学谐振腔构成,而Fabry-Perot是由两个腔镜组成,一个腔镜固定不动,而另一个腔镜是可以自由运动的(它可以看作是一个固有频率为m的纳米谐振子)。光力系统在理论和实验研究方面已经取得巨大的成就,其中有一些新颖和有趣的现象,例如:光学双稳态(Optical Bistability),光机械诱导透明(Optomechanically Induced Transparency),正常模式分裂(Normal Mode Splitting),慢光(Slow Light),暗态光机运动(Optomechanical Dark State)等现象已经接连地出现。这些现象能被光机械相互作用的线性性质做出合理的解释。然而,事实上由于线性腔光机械模型没有把光机械耦合固有的非线性特性考虑进去,结果在光力系统中,一些有趣的非线性现象可能被忽视。  光力系统的非线性效应是近年来被提出并引起广泛关注的研究课题,人们期待它能够展现出丰富而非凡的性能。非线性光机械相互作用已经成为当今光力系统的一个新的重要研究领域并且在经典和量子机械装置中成为有趣的话题。在本论文中,主要研究含有量子阱的三模光力系统的非线性光学特性。通过求解系统所满足海森堡-朗之万运动方程(Heisenberg-Langevin equations)并利用光腔满足输入-输出关系,可以得到二阶边带效应以及慢光效应。全文由五章构成。  在第一章(绪论)中,详细综述了光力系统的研究背景以及非线性光学领域研究现状,最后介绍本文研究内容和全文结构。  在第二章中,介绍了几种典型的光力系统以及有关光力系统的一些理论知识。  在第三章中,研究了含有量子阱的三模光力系统中的二阶边带效应。在这样的一个三模光力系统中,泵浦激光-激子失谐量,光-激子耦合强度以及泵浦功率对二阶边带效率都有着重大的影响。实验数据结果证明,由于存在量子阱二阶边带效率在该光力系统中发生极大地改变。如果光腔与量子阱之间的耦合越强,二阶边带效率就越大。通过调节泵浦激光-激子的失谐量,二阶边带效率能够被明显的改变,当调节的参量相同时,二阶上边带产生的现象与二阶下边带产生的现象类似,不同之处在于,二阶下边带产生的效率没有二阶上边带高。  在第四章中,讨论了三模光力系统中的慢光效应。随着探测激光-泵浦激光失谐量δ的增大,探测透射光束的相位迅速增大。通过含有量子阱的三模混合光力系统的共振探测光束能够被极大地延迟,即经过该系统的共振探测光束会变慢。计算得到,经过该系统的共振探测光束最长可延迟约为8ms。研究表明,在这样的一个三模光力系统中,机械振子震荡的阻尼率,量子阱震荡的阻尼率,光-激子耦合强度,泵浦激光-激子失谐量以及泵浦功率对共振探测透射光束的最大群延迟时间都有着重大的影响。  第五章对本文内容做出了总结,并对未来工作做了一些展望。
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