光力双腔中机械振子的基态冷却

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近年来腔量子光力学的发展非常迅速,在量子信息处理、量子基本原理验证以及高精度测量等方面应用广泛。机械振子的基态冷却作为腔量子光力学中的基本问题之一,引起越来越多科学家的关注和研究。通常来说,机械振子可以在边带可分辨条件下(光场耗散系数小于机械振子频率)实现基态冷却,然而实验上很多的标准光力腔系统是很难实现可分辨边带条件的。因此,科学家们提出了许多在不可分辨边带条件下的基态冷却。通常来说,当机械振子的稳态声子数小于一时,我们就认为实现了基态冷却。本文以标准光力腔系统为基础,通过给出光压涨落谱和稳态声子数,重点研究了光力双腔系统和光力原子腔(在不可分辨边带条件下)中机械振子的基态冷却。第一章我们首先介绍了光力腔系统的研究背景,包括机械振子,光学微腔以及辐射压力等基本概念,其次我们还给出电磁诱导透明和机械振子的基态冷却基本过程,并介绍本文的结构安排。第二章我们先给出光力双腔系统的哈密顿量,由此推导出朗之万方程,并给出光压涨落谱、冷却率以及双光腔耦合下的稳态声子数。发现当满足最佳参数条件(机械振子的冷却跃迁速率对应光压涨落谱的最大值,而加热跃迁速率对应光压涨落谱的最小值)时,机械振子可以被冷却到稳态声子数足够少。第三章,我们重点讨论了在原子系综影响下光力双腔系统中机械振子的冷却。首先给出的模型是在标准光力腔系统中注入二能级原子系综,即研究标准光力原子腔影响下机械振子的基态冷却,类比第二章,分别给出系统哈密顿量、朗之万方程以及冷却率和稳态声子数,我们发现此时原子系综的作用和第二章引入的辅助腔的作用是等价的,机械振子都会比原来冷却的更好。基于此,我们将二者结合起来,研究了在辅助腔中加入原子系综,并讨论其对机械振子冷却的影响,也就是双光力原子腔影响下机械振子的基态冷却。通过给出哈密顿量,朗之万方程,发现此时原子腔影响下机械振子的稳态声子数也可以小于一,但冷却效果没有原子和光腔单独作用于光力腔时好,所以并不是系统越复杂冷却效果越好。因此,找到更为简便的方法实现机械振子的基态冷却是非常必要的。第四章,对本文研究内容进行整体总结,并且给出下一步要做的工作。
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