腔光力系统中基于单光子谱的弱力探测方法研究

论文摘要

腔光力学是探究光与物质相互作用的重要研究领域,并且有着广阔的发展前景。随着纳米技术的快速发展,以及现代实验的进步,目前有实验系统正在接近实现单光子强耦合区―单个光子能够产生可观察的物理效应。因此,在未来人们有可能从实验上获得单光子辐射谱和散射谱。本文以法布里-珀罗型腔为研究对象,作用在动镜上的外力会改变腔的有效长度,从而改变腔的共振频率,故腔的共振频率会依赖外力的大小;而从腔中出来的光子会携带腔频的信息,即携带外力的信息。因此,本文提出了一种用单光子谱探测外力大小的方法,其中被测外力可以是常力,也可以是已知驱动频率的周期驱动力。根据初始时候单光子处于腔内和腔外两种情形,可以将单光子谱分为单光子辐射谱和散射谱。在计算单光子辐射谱和散射谱时,发现可以根据动镜初始时候处于纯态或者混态分两类情况,分别获得单光子辐射谱和散射谱的解析表达式。采用理论与图像相结合的方式分析光谱的解析表达式,我们得到了一个关于被测外力的解析表达式,并且获得了外力最小可测量值的解析表达式。随着纳米技术的不断进步,我们希望能造出单光子耦合强度越大的腔,且构成腔的动镜具有更大的零点涨落和更小的振动频率,以期提高用单光子谱测量外力的灵敏度。本文也进一步研究了弱的二阶耦合项对单光子谱的影响,当二阶耦合系数达到一定大小时,这个值在理论上可以被解析确定,单光子谱中峰或低谷的位置会发生明显的移动,峰的高度以及低谷的深度也会发生变化。因此对于一些情形,人们不能忽略二阶项。但是在本文提出的测量外力的方案中可以忽略二阶耦合项。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周岳辉

导师: 方细明

关键词: 腔光力学,单光子谱,最小可测量力

来源: 湖南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 湖南师范大学

分类号: O572.31

总页数: 69

文件大小: 1639K

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