环形腔光机械系统中有质动力学压缩与纠缠特性的研究

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光机械系统由于它在超高精度测量以及量子计算和量子信息处理等方面有极大的应用价值,已经成为人们研究的热点。一个标准的腔光机械系统,通过辐射压力的作用将光场与振动镜耦合在一起,这一耦合会产生很多明显的量子效应,如光机械诱导透明,对纳米机械振子进行基态冷却,光机械存储,量子纠缠以及压缩等。纠缠作为量子力学的一大特征,是量子信息处理中的重要资源,微观层面以外的纠缠已经激发了科学研究者长期的兴趣。人们普遍认为,只要由环境引起的退相干能够被最大限度的抑制,那么这种纠缠便可以存在,人们现在正致力于研究宏观层面量子纠缠现象,比如由最开始的光场与振动镜之间的纠缠,到之后的两个振动镜之间的纠缠等。光学压缩最初是与量子极限的位移测量有关,现在借助光机械系统来实现对量子涨落的操控,用这种方法实现光场的压缩,我们也把这种压缩称之为有质动力学压缩,就像电磁辐射和原子的相互作用能产生有趣的量子压缩现象一样,人们也正致力于在实验上能够利用光机械系统实现有质动力学压缩,从而应用到超高精度测量当中。  本文提出了一种新型的环形腔光机械装置来研究有质动力学压缩和纠缠特性。我们分析了光场与振动镜之间、振动镜与振动镜之间的纠缠以及外界因素对纠缠度的影响。此外,我们还分析了输出光场压缩光谱的特性以及环境温度和激光功率对压缩度的影响。  在第一章中,我们将介绍本文的研究背景,光机械系统的发展历程以及研究热点。  在第二章中,我们介绍与本论文相关的量子光学基础理论:压缩态判定,纠缠度量方法,并用这种方法分析了典型的法布里-波罗腔中光场与振动镜之间的耦合。  在第三章中,我们借助环形腔光机械系统模型分析了光场与振动镜、振动镜与振动镜之间的纠缠。分析表明振动镜与振动镜之间虽然没有直接相互作用,但是它们之间仍然存在纠缠,而且纠缠度与环境温度、激光功率以及光腔衰减率有关。  在第四章中,提出了一种如何产生压缩光谱的方案,该方案借助一个环形腔光机械系统并通过激光驱动光学腔来产生。利用海森堡-郎之万方程,傅里叶变换完成相关数值计算,并通过分析输出场压缩光谱特性,证明压缩光谱的压缩度与驱动光功率以及环境温度有关。  在第五章中,将对本论文进行总结和展望。
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