光机械腔系统的动力学行为

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随着机械系统和光学微腔的广泛应用与发展,光机械腔中镜子和腔场间的耦合,使光机械系统成为人们考察宏观量子现象、检验量子理论的重要平台,因而成为新的研究热点,与此同时,光机械腔在引力波探测、微小位移和质量的精密测量等方面有着重要的应用前景,因此对光机械系统的研究具有深远的意义,本文研究了光机械腔系统的动力学行为特点,并考察了光腔端镜振动对腔中二能级原子发射谱的影响。  我们首先考察了原子的布居差,发现只有当腔场和镜子的初态均为数态,且原子初始时刻处于激发态(或基态)时,原子布居差按余弦曲线演化,其演化频率由光场的光子数和振子的占有数决定。原子布居差随时间的演化规律对镜子的运动状态非常敏感,如果镜子的初态为相干态,原子布居差会呈现崩塌和回复现象,崩塌时间与回复周期依赖于腔场的光子数和振子的平均占有数。  我们还研究了光场的二阶相干度,它主要是由光场的初态所决定的,同时也受到了原子初态与活动端镜振动初态的影响。J-C模型中,当腔场处于数态时,光场二阶相干度呈现周期性振荡,光场中光子反聚束。在光机械腔系统中,即使光场处于数态,处于相干态的镜子会使光场二阶相干度出现崩塌与回复现象,其崩塌时间与回复周期取决于腔场的光子数和振子的平均占有数。光机械腔系统中,只有当腔场处于相干态或其加光子数远小于平均光子数时,光场才会出现聚束效应。  本文还研究了光机械腔系统中原子和光场的线性熵。研究发现,当光场和振子的初态均为数态时,原子和光场的线性熵始终相等。镜子的振动状态对原子和光场的线性熵都有明显的影响,若镜子处于相干态,即使光场处于光子数态,原子和光场的线性熵都会出现崩塌与回复现象,且此时光场和原子的线性熵依然相等。并且,腔场与振子以同样的方式影响原子线性熵,但光场线性熵对腔场与振子初态的依赖却不同。  本文最后研究了光机械腔中二能级原子初态为激发态时的原子发射谱,并分析了镜子的振动对它的影响。发现当腔场平均光子数等于振子平均占有数时原子发射谱在跃迁频率处呈现出单峰,而它们不相等时中心峰却分裂成对称的双峰;当光场处于光子数态、振子处于占有数态时中心峰两侧为对称的边峰,随着腔场或振子相干态系数的增大边峰会变为波峰集聚区域。
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