1.1  腔光机械系统的理论简介

距今400年前，开普勒首先提出了光压的概念，这一概念的提出比麦克斯韦电磁理论的建立早了100多年。开普勒同时指出，彗星在靠近太阳的时候，彗星中的尘埃和气体分子由于受到了光辐射压力的作用产生慧尾，而彗尾则永远是朝着远离太阳的方向。

：彗尾的方向示意图。源/自:751:`论~文'网www.751com.cn

光与纳米机械振子正是通过光压这种形式而产生相互作用，而光腔的使用恰好能够更有效地增强它们之间的耦合强度。最原始的光机械系统如图1-2所示，腔的两个镜子中左边的镜子保持不动，右边的镜子像是连在一根弹簧上并且可以在平衡位置做微小振动，起到了机械振子的作用。光腔和机械振子通过辐射压力可以有效耦合起来，从而形成了光机械系统。

 光机械系统的模型示意图。腔受到一束频率为 的输入光驱动，左边的镜子是固定的，右边的镜子可以自由振动，起到了机械振子的作用。

机械振子可用简谐振子的哈密顿量描述， ，其中 ， 分别是声子的产生、湮灭算符。能量本征值为 ，其中 是机械振子的声子数，当N=0时，表示量子基态。当机械振子处于基态时，基态能量 将产生零点运动，大小为 ，其中m是振子的有效质量， 是振子的共振频率。

1.2  几种比较典型的腔光机械系统

目前，除了纳米光腔和可移动腔壁耦合构成的光机械系统之外，随着纳米科技的发展实验上已经制备出了多种光机械系统，下面简单介绍几种典型的腔光机械系统。

（一）环形腔光机械系统

Kippenberg小组成员在实验上成功地实现了环形微波腔光机械系统。环形微波腔由于拥有很高的品质因子 ，所以它可以同时支持光学模式和机械模式，如图1-3（a）所示，一个环形光腔被一个锥形支柱支撑。由于环形腔具有弯曲的特征，当对腔施加光学驱动时，腔内的循环光子将对腔壁施加辐射压力，因而腔壁发生弹性形变，从而导致腔内循环光子的分布和路径发生了改变，这样环形微波腔内的力学自由度和光学自由度有效耦合起来，形成耦合光机械系统。近年来环形微腔中的机械模式冷却得到了广泛的研究，研究人员将这一系统和一个低温保持器集成起来，利用辐射光压实现了对该机械振子的冷却。