腔光力系统中机械振子冷却及光子阻塞效应研究

来源 :延边大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dragongreen2009
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近年来,量子腔光力学研究在理论和实验上都得到了迅速的发展,而且在许多领域都有重要的应用,如量子信息处理、高精度测量、光机械存储、宏观纠缠。然而,由于环境中的热声子会影响纳米机械振子的稳定性,所以在实验中应用的先决条件就是纳米机械振子的基态冷却。迄今为止,提出了许多实现纳米机械振子基态冷却的实验方法,如纯低温冷却、反馈冷却、腔辅助反作用冷却。在这些研究中,边带冷却是一种常见的方法,它要求光学腔的衰减频率远小于机械模的频率,即限制了边带分辨率。然而,一旦坏腔打破了这一限制,由于热库的热效应,纳米机械振子的冷却就无法实现。因此,有必要探索在不可分辨边带下实现纳米机械振子的基态冷却。另一方面,光子阻塞是产生单光子源的有效途径,在量子态制备和量子信息处理的过程中具有重要意义。本文围绕上述两方面问题展开研究,具体研究内容如下:首先,我们提出一个在腔光机械系统中对纳米机械振子实现电光力合作冷却的理论方案。通过求解光力谱密度和数值模拟平均声子数的方法,证明了即使在不可分辨边带机制下,纳米机械振子也能实现高效率的冷却。结果表明,对比于传统的单腔光力系统,我们的方案不仅放宽了实验上对于光力耦合强度的要求,而且当初始环境热声子数不为0的情况下,仍可以实现纳米机械振子的基态冷却。即使在不可分辨边带极限以及弱耦合机制情况下,本方案仍具有更高效的冷却效率。其次,研究了双腔光力系统中光子阻塞效应。通过对机械振子解耦,得到了简化后的双模光力系统,并将光力耦合相互作用包含在光学腔的非线性中。通过解析求解二阶关联函数和数值模拟主方程,得到了最佳参数关系。结果表明,在最优条件下,弱克尔非线性强度导致第一个光学腔中出现完美的光子阻塞,而较强的克尔非线性强度将导致第二个克尔型非线性腔和二者之间的交叉关联产生最佳的光子阻塞。通过调整隧穿耦合强度,并合理选择克尔非线性强度和光机械耦合强度,可以实现对于两个腔及腔间关联的反聚束效应的控制。该方案有望以一种可控的方式应用于单光子源的量子信息处理中。
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