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耦合微悬臂阵列集体振动模的光学囚禁及冷却

丁江放  
【摘要】:本文旨在研究利用耦合微悬臂阵列实现高灵敏度光力传感和声子量子网络,主要内容包括两大部分:一是利用光学囚禁来调控耦合微悬臂梁的模态分布并实现能量传递;二是选择性光热冷却耦合微悬臂阵列的集体振动模。在由两个光纤端面和一根悬臂梁构成的色散光力系统中,我们利用光力二次耦合来对悬臂梁的模态进行光力调控。首先研究了光力调控单梁,实验通过调节光腔的失谐获得两类最佳囚禁点:最佳正囚禁点(共振频率最大)和最佳负囚禁点(共振频率最小)。在最佳正囚禁点,实验结果表明第一阶模态的有效频率随激光功率的增加而增加的速率远大于第二阶模态。然后研究了光力调控耦合双梁,实验上分别在两类最佳囚禁点处调节其中一个悬臂梁的共振频率,得到两个集体模共振频率随激光功率变化的免交叉曲线。进一步理论分析发现,在绝热条件下调控集体振动模的局域化,可实现集体振动模能量在两悬臂梁间的高效传递。为此,我们通过光力调控耦合双梁集体模在实空间的分布,一方面可以将声子信息局域在低耗散的一根悬臂梁上,用作光学输出,以提高光力传感器的灵敏度;另一方面,耦合双梁作为声子网络的两个节点,声子信息在两根悬臂梁上的交换,便实现了信息在两个节点之间的交换。在由耦合五悬臂梁阵列中的一根悬臂梁和光纤端面构成的Fabry-Perot腔中,我们在不同悬臂梁上对集体振动模进行光力冷却。实验结果表明各个集体模的冷却效率存在显著差异,进一步地研究分析发现光力冷却效率与集体模在悬臂梁上的能量分布具有依赖性,通过选择集体模分布大的悬臂梁进行冷却,可以实现该集体模的最佳选择性冷却。这样可以很大程度降低热噪声对耦合微悬臂梁阵列的影响,一方面可以进一步提高传感器的灵敏度和分辨率;另一方面可以为量子态的传递提供一个“冷频”窗口。


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