质量作为一个基本的物理量,其精确测定对于基础物理无疑具有极其重要的意义。而同时,随着人们对微观世界的探索,在微观物质的重要性质-质量的测量方面有非常迫切的要求。纳米机械振子,因为其可以小型化和由其高频性质带来的高敏感性的特点,可以被用来作为一个优秀的质量传感的平台。目前,基于微电力系统的质量传感,从理论到实验都已经发展了相对成熟,取得了很多引人关注的结果。但是它本身在生物分子测量方面的应用会受到其本身性质影响而有限制,在这种情况下对其限制的突破要求变得迫切起来。腔光力系统正是其中可能的方向之一,它利用腔内光场的辐射压力和机械振子的耦合,从而达到对振子的调控和观测。腔光力系统相比于微电力系统,其采用全光的方法,可以地避免电流对待测对象的加热和影响,这个在生物传感方面是有重要意义的。而且腔光力平台采用的是非线性光学的方法进行测量,有可能突破传统的线性测量方案的限制。基于前面的质量测量理论,我们利用光对振子的调控,在光力系统中提出一些新的质量测量方案,理论上可以实现对传统腔光力方案的突破。我们发现,在量子临界处,可以实现对振子共振频率的微小变化的精确测量,从而可以实现对振子质量的精确测量。量子临界性可以对振子的共振频率的微小变化进行放大,这个性质对于一些对振子的共振频率要求有精确测量的技术中将有很大的应用潜力。此外,我们还利用量子光对其进行补充。在经典强非线性情形,我们还发现高阶边带理论上可以简单地提高精度。我们的工作具体可以分为三个部分:1.我们提出利用量子临界性对基于振子质量测量进行了增强。在最一般的腔光力系统,可以利用光调控,实现量子临界性。我们发现在量子临界点诱导出来的正规模频率的变化对振子共振频率的变化很敏感,由此,我们通过对正规模的频率的测量代替对振子共振频率的直接观测。由于正规模频率的变化非常显著,可以使得我们对振子共振频率非常微小的变化也能有明显的信号。这个信号可以通过简单的外接一个光学腔来测量。我们的方案理论上可以得到△m/m≈10-8的超高精度质量分辨率。这个方法可以突破传统腔光力方案的振子线宽极限。2.我们利用级联系统,以量子光源代替传统的弱相干光源进行探测。利用量子光的二阶相干性可以探测由微小质量变化引起的微小非线性变化。我们发现量子临界性除了诱导正规模,还会诱导出对应的强非线性,这个强非线性也是对振子共振频率变化敏感的。通过对这个非线性的观测可以实现对振子质量变化的精确测量。但是高频的振子的腔光力系统通常具有大的腔的线宽会掩盖这个非线性的变化。为此引入具有强二阶相干性的量子光,这会比经典的弱探测光具有数量级精度的提高。这样的量子光源,通过强的相干光对二能级原子进行调控来产生。我们采用的是实验的参数进行模拟,可以预见未来实验有很大的应用希望。3.我们研究利用高阶边带作为探测振子质量变化的手段。这是对传统的腔光力测量方案采用一阶边带的一个直接推广。在稳定的前提下,越多越强的高阶边带对于提高测量精度有更好的效果,为此我们研究在双色驱动下,系统参数对腔光力产生高阶边带的影响。我们发现测量精度正比于高阶边带的数目。比如,传统的一阶边带测量,质量测量的精度就是一阶边带的线宽,而利用20阶边带测量,精度会可以提高为线宽的1/20。这个推广是简单的而且实验操作性很高,这个研究将促进高阶边带在质量测量方面的应用。综上所述,基于腔光力系统平台,我们提出了三种提高振子质量测量精度的方案。其中基于量子临界性的方案突破了传统方案的振子线宽的限制,而在这个基础上,引入的量子光的探测则是进一步增强精度。最后的高阶边带方案则是一个基于经典光的,其从传统方案可以非常简单地推广过来。我们的方案对于传统的腔光力方案的提高和补充,将会促进基于振子质量测量技术的发展。