高品質因子微腔的調諧以及應用.pdf

1、隨著科學技術的飛速發(fā)展，人們對于量子力學從理論到實際應用進行了大量廣泛而又深入的研究。由于量子態(tài)的量子疊加、量子非局域性和量子不可克隆的基本特性，量子信息科學在這個世紀前后得到了迅猛的發(fā)展，尤其是在理論上保證通信絕對安全的量子通信，以及在量子計算機上期望的相對于經(jīng)典計算機的量子霸權。因此，量子信息科學被國內外的研究人員們積極而廣泛的研究和探索。其中，由光的全反射而在介質中形成的超高品質因子的回音壁模式光場分布的介質光學微腔系統(tǒng)，由于其極

2、小的光場模式體積和超高的光子壽命，是研究原子與光子相互作用的腔量子電動力學、以及在不同介質微腔中研究非線性光學的重要平臺，不僅在量子信息領域，甚至在傳感和激光器等傳統(tǒng)領域，都有廣闊的應用前景和重要的研究價值。除此之外，還有諸如光學濾波器、光學環(huán)形器、延時器件、光學波長轉換、光學非互易器件等諸多應用。結合微腔的機械模式實現(xiàn)的光學模式的波長轉換在未來的光機械微腔量子網(wǎng)絡中作為轉換節(jié)點，可以有效實現(xiàn)量子信息的處理和傳輸;通過通信波段激光來實現(xiàn)

3、全光學遠程微腔機械模式的同步也在未來的宏觀微觀糾纏以及量子信息網(wǎng)絡中大有用武之地。
　　本篇論文就介紹了我們實驗室在回音壁模式微腔調諧這方面的研究工作。在量子信息科學對微腔的種種應用中，比如，腔量子電動力學中對于腔模式和原子等之間頻率的匹配，片上集成的激光器對于不同波長的發(fā)射激光頻率的需求以及過濾和隔離特定波長等，回音壁模式微腔的調諧都是必不可少的。但是由于加工手段的限制，往往一個腔制備完成之后所設想的工作頻率與實際頻率都存在著差

4、別，因此都對回音壁模式微腔的調諧控制特性提出了一定的要求。因此，我博士期間的主要工作是針對微腔的調諧進行了實驗研究，并且結合實驗室制備的樣品的可調諧特性實現(xiàn)了實用的光學器件，最后利用微腔的可調諧特性首次實現(xiàn)了兩個遠距離級聯(lián)微腔系統(tǒng)的全光學遠程同步。
　　具體內容為為下四個方面:
　　1.回音壁模式微腔耦合系統(tǒng)及其調諧
　　微腔耦合系統(tǒng)是我們實驗的基礎。首先介紹回音壁模式微腔系統(tǒng)的基本組成元素，包括微腔和耦合波導，及其傳

5、統(tǒng)的制備方法。然后介紹相應的基本耦合測量系統(tǒng)的實驗裝置和基本理論。還會對已經(jīng)進行過的微腔的調諧的研究進簡要的介紹，以及微腔調諧的意義和動機也會有所探討。
　　2.瓶狀微腔的制備及其調諧應用
　　實驗工作集中于回音壁模式微腔的調諧及其應用。本人在所在實驗室首次搭建出了瓶狀微腔的制備裝置，并且在參考前人工作的基礎上進行一定的創(chuàng)新，制備光學品質因子高于108并且便于大范圍調諧的瓶狀微腔。在研究了光學模式調諧的同時，也深入研究了瓶狀

6、微腔的機械模式的調諧，這在后續(xù)的遠程全光學同步實驗中都有直接的應用。然后介紹了基于可調諧回音壁模式瓶狀微腔的可調諧add-drop濾波器和可調諧拉曼激光器等器件。
　　3.級聯(lián)微腔的全光學遠程同步
　　近些年來，同步和頻率鎖定在很多的系統(tǒng)中都被研究人員所觀察到，而且在信號處理、射頻通訊、時鐘同步及相位鎖定等方面都有重要的應用，因此同步是一個很有意義的研究課題。在這部分我們介紹了在實驗上結合瓶狀微腔的機械模式和光學模式的可調諧