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量子光力学是基于电磁辐射与力学振动相互作用的一门学科,近年来发展迅速。量子光力学有许多应用,如高灵敏度传感器、光力诱导透明和低噪声的声子器件等。与光力学的发展平行,奇异点系统引起了越来越多的关注。在这样的系统中,两个或更多的本征态在奇异点处塌缩,这一反常现象导致了许多新奇的效应,如损耗诱导激光、隐身传感和光学手征模式切换等。本论文研究了奇异点辅助的声子激光与光力诱导透明,以及旋转腔中的光力诱导透明和旋转腔单纳米粒子传感器。主要结果简述如下。 (1)声子激光是光学激光的声学类比,可利用固态光力器件实现。一般认为固体材料中的内在缺陷对光力学器件的应用是不利的。实验上发展了很多技术来尽量减少材料中缺陷的数量。与此相反,本论文研究了一种反常的效应,即调节缺陷的衰减率使其超过奇异点,声子的增益和受激发射声子数同时增强。这一效应可用一个等效的非厄米声子-二能级缺陷模型来描述,是纯光学系统中的损耗诱导激光的力学类比。 (2)光力诱导透明是和原子系统中的电磁感应透明类似的一种现象。本论文从理论上研究了旋转微腔中的光力诱导透明。旋转引起的Sagnac效应引起了泵浦光和探测光的频率移动,对腔内光场和机械振动有很大影响。探测光的传输性质(包括透射率和群时延)因此改变。此外,数值计算表明通过调节转速和旋转方向可实现非互易光传输。 (3)研究了单光力腔和双纳米粒子耦合系统中的光力诱导透明。实验上已经证实,在纯光学系统中,通过调节两个粒子之间的相对角度和粒子的有效尺寸可出现奇异点。在光力系统中,奇异点的存在对信号光的透射率和群时延影响很大,为利用纳米粒子调控光力诱导透明提供了新方法。此外,在这一系统中,通过调节纳米粒子之间的相对角度和光的失谐可实现快慢光之间的切换。 (4)提出了利用旋转腔增强单纳米粒子光学传感器的灵敏度。旋转引起的探测场频移可显著增强纳米粒子导致的光学模式分裂,使得光的透射率也被明显改变。这一方案为提高基于微腔的单粒子传感器的灵敏度提供了一个可行的方法,也为利用单个旋转非线性腔或耦合腔阵列探索量子效应提供了新思路。