论文总字数：12605字

摘 要

关键词：光力系统，相位依赖，光力诱导吸收，机械驱动

Abstract：The rapidly developing field of cavity optomechanics studies the interaction between the optical and mechanical degrees of freedom via radiation pressure. It provides an effective platform to observe quantum-mechanical behavior of macroscopic objects and has potential applications in ultrasensitive measurements and quantum information processing. In this paper, we investigate theoretically the response of the output field from an optomechanical system consisting of N nearly degenerate mechanical resonators each coupled to a common cavity mode. When the cavity is driven simultaneously by a strong control field and a weak probe field and each mechanical resonator is driven by a coherent mechanical pump, we obtain the analytical expression for the probe transmission. We show that the probe transmission spectrum can exhibit multiple optomechanically induced absorption (OMIA) with at most N narrow absorption dips, which can be tuned by the phase and amplitude of the mechanical driving field as well as the control field. Moreover, it is shown that the peak probe transmission can be enhanced or suppressed by increasing the amplitude of the mechanical pump, which depends on the phase difference. This phase-dependent effect plays an important role in controlling the propagation of the probe field between OMIA and parametric amplification.

Keywords: Optomechanical systems, Phase-dependent, Optomechanically induced absorption, Mechanical driving

目 录

摘要： 1

关键词： 1

Abstra 2

1绪论 4

1.1 研究背景 4

1.2光力系统 4

1.2.1 光力系统的简介 4

1.2.2 光力系统的研究内容 5

1.2.3 光力系统的进展及应用 6

2 机械驱动下多模光力系统中相位依赖的光力诱导吸收 6

2.1 引言 6

2.2模型和理论 7

2.3结果和讨论 10

结 论 16

参考文献 17

致 谢 18

1绪论

1.1 研究背景

光与物质之间的相互作用一直以来都是光学领域中一个十分重要的研究课题。对于一般的光源来说，由于光强度比较弱，因此光与物质的相互作用也比较弱。然而，1960年第一台红宝石激光器的问世突破了这一局限，它引领着光与物质的相互作用的研究进入一个崭新的领域。随着纳米技术的发展，光与物质的相互作用的研究也相应地被拓展到了纳米材料的领域。

近些年来，一种新的光与物质的相互作用系统—光力系统，被提出并且得到了科学家们的广泛关注。最典型的光力系统是由一个纳米光学腔和其中一个可运动的腔镜耦合构成。在光力系统中，纳米光腔起着双重作用，一方面，它共振加强循环光的强度，另一方面它使得循环光强度非常灵敏地依赖于腔镜的位置。

1.2光力系统

1.2.1 光力系统的简介

众所周知，光力学系统(Optomechanical System，简称OMS)主要是一个由一个固定的半透射的纳米镜子和一个全反射的可移动纳米镜子组成的法布里-珀罗光学腔。可移动镜子(力学振子)和腔场的耦合是通过光场的辐射压来实现的。如图1-1所示，输入光场从左边的半透明固定镜子进入法布里-珀罗腔，在光学腔中形成辐射压，从而驱动可移动镜子的振动。由于光学腔的共振频率是关于腔长的一个函数，而可移动镜子的左右振动会使光学腔的长度发生变化，因而影响腔的共振频率，从而导致整个光力学系统的能量随可移动镜子的振动而发生变化。

图 1-1 法布里-珀罗光学腔由一个固定的部分透射镜和可移动的全反射镜组成。

光力学系统(OMS)也有许多潜在的应用，例如振子与腔场之间的量子纠缠，力学振子之间以及腔场与腔场之间的量子纠缠，在量子基态下的力学振子制冷，量子非线性的探究，宏观量子叠加态以及光力学诱导透明(Optomechanically induced transparency，简称OMIT)和光力学诱导吸收(Optomechanically induced absorbtion,OMIA)等。

1.2.2 光力系统的研究内容

腔光力学的研究来自人们早期对光与物质之间的相互作用的研究。直到20世纪初,随着物理学家们对光的本质进行深入探讨，人们才渐渐地明白光产生辐射压的深层次原理。真正让光与机械相互作用成为一门新兴学科的原因是20世纪激光器的发明以及微型机械系统制造水平的提高。这两个因素使人们可以在宏观上对量子尺度的运动进行观察与调控。

光力系统的研究主要有以下几个方面：

(1)接近量子极限下的弱测量^[1]，这是针对纳米机械振子而言。在纳米尺度下，经典力学已经无法对力学系统做出正确的阐述。弱力与场的测量将会受到不确定性关系的制约。如何提高弱测量的测量精度，会是腔光力学研究的一个侧重点。

(2)量子态的制备与光与物质的非线性作用。在腔光力学中，微型光腔与纳米机械振子或者量子比特之间的相互作用将会使得光腔内产生局部的非线性。这也为非经典量子态的制备提供了条件。例如在光学腔中产生的光学双稳态，光子压缩态、机械压缩态、光子与机械之间的纠缠等等。由于光腔内的非线性而产生的非经典效应，例如光机械-电磁诱导透明现象^[2]，成为近几年光力系统研究中的热点。

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