悬臂梁的激光冷却效率的温度依赖性的研究

来源 :中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:mnbmnbmnbmnbmnb
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本论文研究了基于微悬臂梁的微光腔中的光热耦合机制中光热冷却效率的温度依赖性。我们的实验研究以磁共振力显微镜(MRFM)的实验平台作为基础,搭建了适合于研究光力学中耦合效应的光力学实验平台。利用高灵敏度的微悬臂梁与光纤端面构建一个低精细度的FP型微光腔,研究了微光腔系统中的光热耦合效应。实验表明,在低精细度的微光腔中主要的耦合机制为光热耦合,当微光腔处于蓝失谐时,光热耦合效率对微悬臂梁的振动运动起到抑制作用。由于光热耦合过程中,激光照射对微悬臂梁的光热吸收影响、高阶模态的影响、以及随着激光功率的增加,微悬臂梁振动模式的双稳效应都会影响光热冷却效率。为了得到最大光热冷却效率,我们对最佳光热冷却效率展开了实验和理论研究。实验结果表明,在不同的实验温度范围下(77K-298K),光热冷却效率不同,在某一特定温度下可以达到最大光热冷却效率。我们实验过程中使用的是双面镀金的单晶硅微悬臂梁,根据这两种材料在实验温度下所变现出来的不同的材料特性,我们发现在实验温度为100K时,可以获得最大光热冷却效率,并且该值为室温条件下(298K)的10倍。我们首先从实验上研究了温度对光热冷却效率的影响,通过改变温度测量和分析了微悬臂梁的功率谱密度。然后用理论模拟验证了我们的实验结果,并推导出光热响应时间常数τph与光热冷却效率ηph之间的关系。理论模拟表明只有当满足最佳光热冷却条件ω0τph=1时,才可以获得最大光热冷却效率。我们的工作为有效光热冷却和力学显微镜在高灵敏度测量上的应用提供了一种很重要的方法。
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