基于光机械系统的质量探测器

光机械系统在精密测量方面的应用关键是基于纳米机械振子与高品质光学腔之间的强耦合.利用光学腔耦合纳米机械振子的同时通过库伦力耦合另外的一个带电纳米机械振子,并利用双模光力诱导透明等量子特性,发现第二个纳米机械振子随着附加质量的不断增加,两个透明窗口之间的距离(透射光频率之差)不断减小,根据此关系可精密测量附加在第二个纳米机械振子上微小物体质量.     

双模交叉克尔型耦合系统中宏观量子叠加态的制备

利用双模交叉克尔型耦合光力系统中的光机耦合来制备宏观量子叠加态.考虑二能级原子与单模光腔的强耦合相互作用，并引入单模光腔与单模机械振子间双模交叉克尔型耦合.通过分析发现交叉克尔效应可以放大机械振子的位移，并且当耦合系数趋近于机械振子的振动频率时，可以制备出机械振子的可区分宏观量子叠加态.     

基于多模腔光力系统的纠缠研究

基于由3个机械振子模和单模腔场组成的四模腔光力系统提出实现任意两个玻色模间稳态纠缠的理论方案.利用光学腔模和腔内3个机械振子模相互作用,通过调制驱动腔模的光场,获得系统类分束器相互作用有效哈密顿量,进而实现对非定域Bogoliubov模的冷却,并获得任意双模间的稳态纠缠.利用数值模拟方法系统讨论了振子频率、振子耗散、外驱动场对稳态纠缠的影响,结果表明:振子间频率适当的失谐有利于增强彼此间的纠缠,与压缩效应相比冷却效应起主导作用,这和三模腔光力系统中冷却效应和压缩效应相互竞争不同.     

热原子系综中双暗共振及亚多普勒吸收谱的实现

分别通过实验和数值模拟给出了在四能级倒Y模型原子系统中的双窗口电磁感应透明现象. 结果表明,    通过调解2个耦合场的失谐可控制透明窗口的位置. 双窗口电磁感应透明现象的物理本质是由于2个耦合场同时作用于原子系统中而形成的双暗共振,   同时双暗共振间的相互作用将探测场在目标频率处的吸收谱线压窄, 并在实验上得到频谱宽度（半高宽）约为30 MHz的探测场共振吸收谱线.     

腔磁系统中的可调多窗口磁诱导透明以及快慢光转换

基于多个钇铁石榴石(YIG)小球和一个微波腔组成的腔磁系统,理论探讨探测输出场由于多路径干涉引起的磁诱导透明、放大、吸收及快慢光效应.结果表明,该系统输出场出现的干涉窗口数量等于系统中不同磁子频率的YIG小球个数,且干涉窗口位置由YIG小球的磁子频率决定.通过控制驱动场与探测场之间的相位差和振幅比可分别改变干涉窗口的类型(透明、放大及吸收)和透射谱的大小.每个干涉窗口处都会存在快光或慢光效应,改变驱动场和探测场之间的振幅比及相位差均可实现快光和慢光的转换,并在特定参数取值时群延迟时间可提高至0.1 s的数量级.     

耦合腔光机械系统中两个机械振子的态交换

本文研究了一个由光纤连接的两个法布里-帕罗腔所组成的耦合光机械系统,每一个腔都是由一个固定的镜子和一个移动的镜子组成,移动的镜子可以看作机械振子,同时,这两个腔模都被经典激光场驱动,则在腔场与腔场之间,镜子与腔场之间,以及经典激光场和腔场之间都会产生相互作用。通过变换绘景、绝热剔除、旋波近似忽略高频项等量子光学的处理方法消除哈密顿中的两个腔模,得到了两个声子模之间有效的哈密顿;在假设两个机械振子的初态是相干态的情况下,解析出两个耦合的机械振子能够进行态交换;最后,为了验证解析结果,数值模拟了系统量子态的保真度,模拟结果表明,解析结果与数值模拟是自洽的,两个机械振子之间可以周期性地进行态交换。     

基于耦合量子点-纳米机械振子系统的马约拉纳费米子探测

理论提出一种光学探测马约拉纳费米子的方法,该方法完全不同于当前基于隧穿谱电学测量马约拉纳费米子的方案.该光学探测方案包含由两束光场驱动的量子点-纳米机械振子复合系统.当量子点与马约拉纳费米子耦合时,相干光学谱中的信号表明铁磁原子链中明确的马约拉纳费米子迹象.引入测量量子点-马约拉纳费米子耦合强度的方法,为该耦合强度的测定提出一种直观的全光学测量方法.进一步研究了量子点-纳米机械振子系统中纳米机械振子在探测马约拉纳费米子过程中所起的作用,纳米机械振子表现出声子腔的行为显著地增强了激子共振谱,提高了对马约拉纳费米子探测的灵敏度.该光学方法为马约拉纳费米子的探测方案提供了一种潜在的补充,也为实现基于铁磁链中马约拉纳费米子的量子信息处理提供理论基础.     

一个四能级相干驱动原子系统中的多透明窗

研究了在两个相干场驱动下呈现多透明窗特征的四能级原子系统. 该系统是N型四能级模型, 当只存在一个相干场时, 是典型的三能级V模型透明结构, 而在两个相干场的驱动下, 该系统呈现出两个透明窗口, 透明窗的位置、 宽度和吸收高度均可以通过调节驱动场的强度和失谐进行控制. 每个透明窗口在吸收最低时都伴随着高折射, 表明探测光的群速度在每个透明窗口都变慢了.     

双模SU(2)相干态场与一个Λ型三能级原子共振相互作用系统的光场反聚束效应

采用全量子理论和数值计算方法,研究了初始处于SU(2)相干态的双模腔场与一个人型三能级原子共振相互作用系统的光场反聚束效应.讨论了在没有对原子进行态选择测量和直接对原子进行态选择测量的两种情况下,两个腔模总光子数、配分参量、耦合系数和原子初态对光场反聚束效应的影响.结果表明:当两个腔模的耦合系数相同时,光场的两个模都呈现反聚束效应;原子初始处于低能级或直接对原子进行态选择测量,α模的反聚束效应明显增强;减少两个腔模的总光子数M,光场的反聚束效应明显增强;当两个腔模的耦合系数相同并对原子进行态选择测量时,光场的反聚束效应不随时间改变.     

对次近邻单向耦合振子的同步研究

【目的】在Kuramoto局域耦合振子平均场模型基础上,探讨在非对称耦合作用下一维闭合环上次近邻Kuramoto相振子的同步动力学行为。【方法】在最近邻单向耦合振子的动力学模型的基础上,建立次近邻单向耦合振子的动力学模型来研究少数耦合极限环系统的行为;通过数值模拟,得出平均频率、系统序参量与耦合强度的关系;通过理论分析少体系统的动力学稳定性。【结果】通过比较文献,证明次近邻单向耦合振子对同步存在影响。当在少数耦合极限环系统下(N≤6),耦合强度大于一定阈值时,所有振子都被同步到平均频率上,序参量随耦合强度的增加而趋于1,而在振子较多(N6)时,在系统同步区域的序参量会出现多定态分支。【结论】一维闭合环上考虑次近邻耦合振子在非对称耦合作用下同步区域呈现多同步定态。非零稳态出现分支现象与耦合振子系统大小有关。     

准Λ-型原子系统中通过原子相干所实现的光学双稳态和多稳态

在单向循环腔中,研究了一个被耦合场和探测场来驱动的准Λ型原子系统的光学双稳态和多稳态行为.考察了耦合场强和频率失谐量对光学双稳态和多稳态行为的影响.发现光学双稳态到多稳态的转换或逆转换可以通过改变耦合场的强度或改变耦合场的频率就可以实现.原子合作参数对光学多稳态的影响也得到了讨论.     

准∧-型原子系统中通过原子相干所实现的光学双稳态和多稳态

在单向循环腔中,研究了一个被耦合场和探测场来驱动的准∧型原子系统的光学双稳态和多稳态行为．考察了耦合场强和频率失谐量对光学双稳态和多稳态行为的影响．发现光学双稳态到多稳态的转换或逆转换可以通过改变耦合场的强度或改变耦合场的频率就可以实现．原子合作参数对光学多稳态的影响也得到了讨论．     

基于三腔光力系统的单向放大器

单向放大器是经典和量子信息处理中非常重要的非互易性器件.提出了一种基于三腔光力系统实现单向放大器的方案,其中3个不同的腔场通过辐射压力分别耦合于1个共同的机械振子,并且有2个腔直接耦合起来便于实现非互易性传输.通过求解线性化的量子郎之万方程,解析地给出了实现单向放大的条件,并详细研究了不同腔模之间传输的透射率随入射信号的频率以及有效光力耦合强度的大小和相位差等物理量变化的情况.研究发现,该系统在机械振子的增益和量子相干效应的共同作用下可以实现信号的单向放大.     

二维耦合干摩擦振子黏滑运动分析

针对工程中广泛存在的二维干摩擦问题,通过引入斜弹簧建立一种可考虑x,y两个方向耦合的振子模型。定义摩擦力方位角来描述动、静摩擦力矢量分量,并考虑振子振动过程中可能出现黏滞,提出了一种分析二维耦合干摩擦振子黏滑运动的方法,给出了二维耦合干摩擦振子黏滑运动的复杂边界条件。基于指数型动态摩擦模型对二维耦合干摩擦振子的黏滑运动进行了数值仿真,给出了x方向和y方向相同激振频率相同相位角、相同激振频率不同相位角、不同激振频率不同相位角3种工况下的仿真结果及系统解随激振频率和相位角的变化规律。仿真结果表明,二维耦合摩擦振子运动中可能出现黏滑状态转换;当x方向和y方向的激励频率和相位角均不相等时,与前两种工况相比,质量块的运动轨迹、系统相图均为更加复杂的平面曲线,同时一个周期内系统可出现多次黏滑转换;两个方向激振频率相同时,改变激振频率和激励相位角,系统的解均没有出现次谐波,振子为周期运动。所提出的方法可为进一步研究二维耦合干摩擦振子的动力学特性及运动稳定性提供参考。     

三色场驱动和任意强度单色场探测三能级系统的非线性响应

讨论了三色驱动级联型三能级模型电磁诱导透明(EIT)现象。首先研究了级联型三能级模型在三色驱动场和单色探测场作用下原子的跃迁情况,据此写出了密度矩阵所满足的方程。通过数值求解,得到了探测场的吸收色散谱并对它进行了分析,发现了两个重要的结论:一个是三色驱动的吸收谱能通过驱动场的相位控制在探测场中心频率处产生透明窗口;另一个是改变驱动场的两个边频的拉比频率相对于中心频率的位相之差能够改变吸收色散曲线的形状。     

耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性

以量子力学为基础对耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性进行理论研究.针对弱探测场情况,采用微扰法求解系统密度矩阵运动方程,通过数值模拟得到系统的探测吸收谱.以耦合场2作为联结场,将耦合场1和耦合场2组成的V型系统以及耦合场2和探测场构成的Λ型系统联系在一起,通过调谐耦合场1的拉比强度控制EIT线宽和多窗口的变化,调谐耦合场2的频率失谐量控制EIT的非线性特性.     

非线性频率吸引系统的同步动力学

考虑振幅效应的Kuramoto模型,当振子之间存在耗散耦合和非线性频率吸引时,系统展示了丰富的动力学行为.数值分析了最近邻耦合系统的同步动力学行为,相同步和耗散耦合与非线性频率吸引之间的关系,非线性频率吸引对于多于2个振子的系统的同步具有促进作用.     

V型四能级系统中探测场的增益问题

运用数值模拟的方法,分析了在共振条件下V型四能级系统中控制场拉比频率的变化对探测场的吸收和色散的影响,研究了在一定条件下耦合场拉比频率强度对探测场吸收曲线的影响特性,研究表明当耦合场的拉比频率强度增大到一定数值时,介质对探测场的响应表现为增益现象,并证实了在此能级系统中可以实现无粒子数反转光放大.     

三能级原子—双模动腔系统的纠缠输出

本文考虑了一个三能级原子与双模动腔系统相互作用的理论方案.通过量子朗之万方程给出了系统的稳态解,并得出入射率(耦合系数)增大,光子数变少;利用输入输出理论,数值模拟了两模腔场之间的纠缠压缩谱.研究表明原子的入射率及镜子的振动频率影响双模场的输出压缩谱.     

原子与耦合腔相互作用系统中光场的量子特性

研究了耦合腔A和B中各囚禁一个二能级原子的情况,给出了总激发数为2时系统态矢的演化。采用数值计算方法研究了腔场的反聚束效应和亚泊松分布等量子特性的演化规律。讨论了原子的选择性测量和腔场间的耦合强度变化对腔场量子特性的影响。研究结果表明:腔场的反聚束效应和亚泊松分布随腔场间耦合系数变化存在非线性关系。另一方面,采用选择原子测量方法可增强腔场A的亚泊松分布的性质。