腔光力系统中基于高阶边带的超灵敏质量探测

作     者：张彬彬 

作者单位：湖北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊标

授予年度：2024年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：光力系统 高阶边带 超灵敏探测 

摘      要：量子光学领域的重点研究内容之一是依据量子力学原理研究光与物质之间的相互作用。无论是理论上,还是实验上,近年来都取得了不少创新成果。光力系统利用辐射压相互作用将光学模式与固态振子相互耦合,可用于实现光学模式与机械振子之间的纠缠、压缩以及同步,使得腔光力系统在光力学方面成为一个热门的研究领域。光力系统中,振子可以作为弱信号的载体,而光子具有探测精度高、对光子直接探测的技术相对成熟等优点,因此光力系统是一个探索精密测量的优质平台,用以探测弱力,微小质量,弱磁场等。其中对微小质量的测量对生物分子鉴别等具有重要的价值,之前学者利用一阶非线性实现了质量传感,在他们的方案中忽略了高阶非线性效应,使得探测的精度不高。 本文主要以腔光力系统为基础,扩展之前学者利用一阶非线性实现质量传感的方案,考虑光力系统的高阶非线性效应,利用海森堡朗之万方程对系统进行分析和求解,利用输入输出关系和快速傅里叶变换进行数值模拟,实现了光力系统的高阶边带效应。考虑在振子上施加微弱的质量信号,我们证明了在n阶边带处探测,质量传感的灵敏度可以提高n倍,并且我们的质量传感方案对热噪声具有鲁棒性。该研究具有一定的实验指导意义。