基于复合腔光力系统的光学特性研究

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腔光力学主要研究光场与机械振子之间的相互作用。这已成为近年来迅速发展的研究领域。随着人们研究的深入,发现其在光的传输、精密测量、量子信息处理等领域具有巨大的潜力。光力诱导透明(OMIT)现象是一种典型的光学非线性现象。它为量子信息存储、研究新型光学器件等提供了新的方法。此外,非线性光力相互作用还会产生高阶边带。高阶边带一般要远小于探测光和一阶边带,这将不利于对它的探测和利用。因此,高阶边带效应的增强对于其潜在的应用,比如电荷数的精确探测和高阶压缩频梳等,具有重要的意义。另一方面,腔光力系统与非线性介质如克尔介质、原子、量子点等耦合起来,不仅为量子操控提供了更多的可能,而且还为量子信息处理提供了更多的途径。我们提出一种基于复合腔光力系统来研究光力诱导透明现象的方案。在光力腔中放入Kerr介质,另一个腔则囚禁原子系综。当系统中只考虑克尔介质时,吸收谱的对称性被破坏,右吸收峰频率的位置与Kerr系数的大小成线性关系。当隧穿耦合强度是强耦合时,Kerr非线性将抑制正交模(NMS)劈裂。只考虑原子系综时,电磁诱导透明(EIT)和光力诱导透明同时存在,会出现三个透明窗口。通过改变光力相互作用或者隧穿耦合强度可以实现对透明窗口的位置和宽度的有效控制。此外,用两个透明窗口之间的距离来测量单原子-光子耦合强度是可行的。系统的群延迟可通过改变驱动场的强度和隧穿耦合强度来调控,从而实现可调的快慢光现象。本论文还研究了宇称-时间(Parity-Time,PT)对称光力系统中的可调光学二阶边带效应。该系统由一个囚禁原子系综的无源腔和一个有源腔组成。先研究了PT对称结构对二阶边带效应的增强作用。与双耗散腔系统相比,PT对称结构对二阶边带效率有显著的增强作用,特别是在相变点(Exceptional point,EP)附近。接着考虑原子系综的影响,通过优化原子-腔的耦合强度和失谐进一步实现了二阶边带效率比一阶边带高30%。此外,通过增大泵浦场功率可实现二阶边带效率的提高。本论文的研究对调制非线性光学特性、控制光传播有一定的指导意义,在高精度测量和量子信息处理等领域具有潜在的应用。
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