1 山西科技学院 通识教育学院 山西 晋城 030021
2 太原理工大学 物理学院 山西 太原 030006
本文基于一个含有光学参量放大器的腔光力系统, 其中腔场和机械场之间具有线性和二次色散耦合的相互作用, 研究了二次光力耦合与参量放大器对本征模劈裂的重要影响。通过分析腔场涨落项的输出谱和机械振子位移的涨落谱, 得出结论: 腔场和机械场均呈现出本征模劈裂的现象, 光学参量放大器非线性增益值的大小及二次光力耦合强度均正比于劈裂谱两峰之间的距离, 即二者对本征模劈裂效应具有相似的调控作用。本文同时也验证了文献[Journal of Modern Optics, 66(5): 494-501 (2019)]的结论: 具有线性和二次耦合的光力系统可以是含有光学参量放大器混合光力系统的一个替代研究平台。
光力耦合 本征模劈裂 光学参量放大器 二次光力耦合 optomechanical system normal-mode splitting parametric amplifier quadratic coupling 量子光学学报
2023, 29(4): 040203
安徽理工大学力学与光电物理学院，安徽 淮南 232001
腔光力系统的反电磁诱导透明（IEIT）现象越来越多地受到研究者的广泛关注。所谓的IEIT现象发生在非线性系统中，在1个控制场和2个探测场的共同驱动下，腔内的机械振子对2个探测场的能量进行完全吸收，而不发生透射和反射现象。提出一个多模腔光力系统，该系统由2个机械振子和1个光学谐振腔构成，由1个控制场和2个探测场所驱动。通过控制该系统中有效的光力耦合速率（由腔场功率决定）、2个机械振子与腔光子耦合强度之间的比值，该腔光力系统出现了IEIT现象。此外，进一步解决了能量驻留的问题，发现在2个振子的作用下，系统的耦合效果得到显著增强。通过调节腔场的功率和机械振子与腔的耦合关系，该系统可以实现滤波、能量分配调节，此研究可能适用于量子通信和能量储存等领域。
反电磁诱导透明 非线性系统 腔光力系统 量子通信 光学学报
2023, 43(22): 2226001
国防科技大学气象海洋学院，湖南 长沙 410073
腔光力系统是一种光学谐振模式和机械振荡模式在微纳尺度上相互耦合作用的微纳腔体结构。基于微纳加工技术实现的腔光力结构具有超强光机械模式耦合效应，可在激光激励下产生超稳且窄线宽的机械振荡信号。腔光力系统中的经典力学、量子力学现象等已经被广泛应用于高精度传感、腔光力器件与电路、高效率微波-光学转换器件等技术领域。为了获得光机械振荡微波信号，采用基于非线性机械振子的光机械耦合方案，使腔光力作用在一个含有非线性振子的两级级联的机械振子系统上，实现由非线性特性光机械耦合作用引起的简并四波混频，进而产生光机械频梳。基于非线性腔光力系统的光机械频梳研究，将有效推动光子集成式光机械频梳技术的发展和广泛应用。
光声作用 腔光力系统 非线性振子 光机械频梳 光学学报
2023, 43(17): 1719002
研究了三腔复合光力系统中探测场的透射系数和四波混频现象。结果表明：改变两个光学腔之间的耦合强度，可以使光力诱导透明现象发生显著变化。此外，在共振情况下，通过控制两个光学腔之间的耦合强度并改变机械振子的频率，可以对四波混频谱进行调制。通过双场探测手段，利用四波混频谱中的尖峰位置，实现了机械振子振动频率的精确测量。
量子光学 复合光力系统 透射谱 四波混频 光力诱导透明 中国激光
2023, 50(14): 1412001
1 之江实验室量子传感研究中心，浙江 杭州 310023
2 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
悬浮光力系统由于其出色的探测性能，已成为精密测量领域的研究热点。目前悬浮光力系统的探测方案主要包括平衡探测器方案和四象限探测器方案。平衡探测器噪声性能优越，但单个探测器只能测量一个方向的悬浮微粒位移信息，探测系统复杂。四象限探测器方案仅使用单个探测器即可同时探测微粒的三轴位移信息，探测系统简单，但噪声性能较差。本文根据悬浮光力系统的需求，设计了一种四象限探测器，实现了105量级跨阻增益，电学噪声达到商用平衡探测器水平，共模抑制比优于45 dB（50~250 kHz），且入射光功率大于1 mW时，噪声性能只受散粒噪声限制。实验表明，该四象限探测器方案可替代平衡探测器方案，使探测系统小型化，并能很好地满足高探测灵敏度的需求。
探测器 光电探测器 悬浮光力系统 噪声分解 共模抑制 光学学报
2023, 43(11): 1104001
安徽理工大学力学与光电物理学院，安徽 淮南 232001
提出了一种双谐振腔模式的磁光力学系统。在该系统中，左右两个光学谐振腔均由能量低的探测场和能量高的泵浦场驱动，其中左侧谐振腔存在机械振动模且与一个磁振子（钇铁石榴石小球）耦合，两个谐振腔的光场之间存在耦合。通过控制该系统中两侧探测场强度的比值、磁振子与腔光子之间的耦合强度、磁振子与机械振子之间的耦合强度以及左右两个谐振腔之间的耦合强度，光力系统会出现模式分裂、完美量子相长相干、完美量子相消相干、磁振子能量的吸收等现象。该系统中左右两个谐振腔之间的耦合起着关键作用，提供了一个量子通道并影响透明窗口的峰值。通过研究和操纵该系统中的参数，实现了对输出场的有效调控。研究结果在量子光学以及光子信息网络构建中有一定的应用前景。
量子光学 磁振子 腔光力系统 相干光学传输
1 山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 山西大学物理电子工程学院 山西 太原 030006山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006
量子导引相较于其他量子纠缠类型的优势在于它具有天然的不对称性, 可以实现单向、且一方设备不依赖的量子任务。本文研究了特殊条件下, 即力学振子的频率刚好是腔的自由光谱区的一半时, 由单泵浦的光力学系统中产生的三组份量子导引特性。研究结果表明: 力学模对两个光模的导引要强于光模对力学模的导引, 联合导引的能力要大于单个导引的能力, 且通过调节失谐量或温度可以实现力学模和光模之间的单向导引和双向导引之间的转换。该研究对于实现更安全的量子通信和构建多频率系统混合的量子网络具有一定的参考价值。
光力学系统 量子纠缠 量子导引 量子通信 optomechanical system quantum steering quantum entanglement quantum communication
1 西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
2 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071
提出一种机械振子基态冷却策略来抑制受外界热环境激发而产生的热噪声。首先，建立了旋转角速度与输出光场信号振幅的定量关系；其次，讨论了辐射压力涨落谱对机械振子声子数的影响；最后，结合冷却率和稳态声子数，对系统参数进行优化，使机械振子冷却至基态，即稳态声子数小于1。理论分析和仿真结果表明，辐射压力涨落谱的峰值可以增强冷却过程，谷值可以抑制加热过程。双腔量子陀螺仪模型可使机械振子达到冷却效果，稳态声子数减小至0.19，从而降低系统的热噪声。
量子光学 基态冷却 光机械系统 陀螺仪 光学学报
2022, 42(23): 2327002
低维量子结构与调控教育部重点实验室, 物质微结构与功能湖南省重点实验室, 物理系和量子效应及其应用协同创新中心, 湖南师范大学, 湖南 长沙 410081
混合腔光力系统同时包含一次和二次光力相互作用。本文研究了混合腔光力系统中的双光子散射问题。在Wigner-Weisskopf框架下,通过求解散射过程,获得了混合腔光力系统散射态的解析表达式,揭示了双光子散射的4个物理过程:1)双光子均被直接反射,不进入腔中;2)一个光子被直接反射,另一个光子入射进腔中;3)两个光子按次序先后入射进腔中,但腔中最多只有一个光子;4)两个光子均入射进腔中。通过分析双光子散射谱,发现在该散射过程中可以产生双光子频率反关联,并且发现了混合腔光力系统中的参数与双光子散射谱特性之间的联系。该研究不仅提供了一种产生关联光子对的散射方法,而且提出了一种表征光力系统参数的光谱方法。
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210521
