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二次耦合型腔光机械系统中的电磁诱导透明现象(2)

时间:2020-08-28 15:03来源:毕业论文
电磁诱导透明(EIT, Electromagnetically induced transparency),一般指的是同时用两束光照射到原子介质(例如大量原子组成的气体)时,其中一束光在与原子跃迁

    电磁诱导透明(EIT, Electromagnetically induced transparency),一般指的是同时用两束光照射到原子介质(例如大量原子组成的气体)时,其中一束光在与原子跃迁共振的时候,能够通过原子介质而不产生反射和吸收的现象。最近,这一现象在光机械系统中被先后观察到,被称为“光机械诱导透明”。

1.1  光与机械相互作用系统的实现 

    光腔与纳米机械系统组合成了一个新的研究领域——腔光机械系统 。根据前人在理论工作方面的概括,最基本的光学机械系统由光学腔组成的。如图1-1所示,在系统的一端,镜子挂在弹簧上。当光通过腔内的时候,光的辐射压力使挂镜子的一端移动,因此光学和机械自由度的耦合是参数化的。在本质上,这种耦合是腔内光场光子的数目耦合于机械振子(移动镜的一端)的位移。挂在一端的镜子的运动模式是一种谐振子。当其运动与辐射压力耦合的时候,反射镜的机械极化率被改变。这样就产生了两种光机械效应:机械振子的有效共振频率的改变,即所谓的光学弹簧效应;第二种是机械振子的有效阻尼的变化,被称为光学阻尼。两种情况下的频移和光阻尼的大小随激光功率线性变化,并依赖激光频率与腔共振频率之间的相对失谐量,或者说是依赖于反射镜的位置。

 腔光机械系统示意图。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。

    光机械系统在精密测量比如精密位移测量、力测量以及质量测量等领域有着很大潜在的应用价值。因为精密测量和高灵敏度传感器的应用前景非常重要,所以近十几年来,各种腔光学机械系统被人们进行广泛的研究,比如 Casimir力的测量和实现机械振子与腔场的强耦合控制等。机械系统在二十一世纪进入了微米级和纳米级的时代 。在过去的研究系统里,光与机械系统之间的相互作用是被看作微不足道的,这是因为光的作用力与机械系统的质量不处于同一个数量级,而研究人员一直会忽略这两者之间的相互作用。但是现在,我们可以衡量被放一个尺度上的光和微米级及纳米级的机械系统,所以利用光对机械系统进行控制成为一种很现实的想法。然而,在量子力学决定的微纳尺度的物理世界(例如海森堡测不准原理就限制系统的测量),要想在观察实验上提高测量的准确度,就必须要考虑实验中所存在的量子效应。

1.2  几种比较典型的腔光机械系统

在过去的几年中,随着纳米科技的发展,国际上已经有多个研究小组实验上制备出多种光机械系统。在这些系统中取得了很多重要的成就,比如说实现了纳米机械振子的量子基态冷却、观察到了压缩态等非经典态、实现了强耦合、观察到了光机械诱导透明以及慢光效应等等。同时,因为在精密测量与高灵敏传感器方面 ,腔光机械系统有着非常重要的应用前景,所以近十几年以来,各种腔光机械系统得到人们广泛的研究。下面简单介绍几种典型的腔光机械系统。

    (一)含有一个移动镜子的光腔

    为了寻求这样的结构,人们把注意力集中在制造有良好的光学品质和较低的机械损耗的末端镜子。Aspelmeyer小组将一个多层介质布拉格反射镜安装在氮化硅微机械谐振子上,其中布拉格反射镜起到了法布里——珀罗腔中的一个可移动镜子的作用,见图1.1。可动反射镜的有效质量为 ,机械振子的基础频率为 ,机械品质因数 。腔线宽 ,这样这个系统正好进入了可分辨边带区域( )。从 的温度开始,它们能够使用 的制冷功率将机械运动冷却,使机械运动中的声子数目达到30。这个最小的声子数由机械振荡和热环境之间的热耗散来限制,这是可以由相应的低机械品质因子Q表示出来。 二次耦合型腔光机械系统中的电磁诱导透明现象(2):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_59454.html

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