高品質(zhì)因子微腔的調(diào)諧以及應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對于量子力學(xué)從理論到實(shí)際應(yīng)用進(jìn)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(xué)在這個(gè)世紀(jì)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(jì)算機(jī)上期望的相對于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子霸權(quán)。因此，量子信息科學(xué)被國內(nèi)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(zhì)中形成的超高品質(zhì)因子的回音壁模式光場分布的介質(zhì)光學(xué)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(dòng)力學(xué)、以及在不同介質(zhì)微腔中研究非線性光學(xué)的重要平臺(tái)，不僅在量子信息領(lǐng)域，甚至在傳感和激光器等傳統(tǒng)領(lǐng)域，都有廣闊的應(yīng)用前景和重要的研究價(jià)值。除此之外，還有諸如光學(xué)濾波器、光學(xué)環(huán)形器、延時(shí)器件、光學(xué)波長轉(zhuǎn)換、光學(xué)非互易器件等諸多應(yīng)用。結(jié)合微腔的機(jī)械模式實(shí)現(xiàn)的光學(xué)模式的波長轉(zhuǎn)換在未來的光機(jī)械微腔量子網(wǎng)絡(luò)中作為轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，可以有效實(shí)現(xiàn)量子信息的處理和傳輸;通過通信波段激光來實(shí)現(xiàn)

3、全光學(xué)遠(yuǎn)程微腔機(jī)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(luò)中大有用武之地。
　　本篇論文就介紹了我們實(shí)驗(yàn)室在回音壁模式微腔調(diào)諧這方面的研究工作。在量子信息科學(xué)對微腔的種種應(yīng)用中，比如，腔量子電動(dòng)力學(xué)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(diào)諧都是必不可少的。但是由于加工手段的限制，往往一個(gè)腔制備完成之后所設(shè)想的工作頻率與實(shí)際頻率都存在著差

4、別，因此都對回音壁模式微腔的調(diào)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(diào)諧進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并且結(jié)合實(shí)驗(yàn)室制備的樣品的可調(diào)諧特性實(shí)現(xiàn)了實(shí)用的光學(xué)器件，最后利用微腔的可調(diào)諧特性首次實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)遠(yuǎn)距離級聯(lián)微腔系統(tǒng)的全光學(xué)遠(yuǎn)程同步。
　　具體內(nèi)容為為下四個(gè)方面:
　　1.回音壁模式微腔耦合系統(tǒng)及其調(diào)諧
　　微腔耦合系統(tǒng)是我們實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。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(dǎo)，及其傳

5、統(tǒng)的制備方法。然后介紹相應(yīng)的基本耦合測量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置和基本理論。還會(huì)對已經(jīng)進(jìn)行過的微腔的調(diào)諧的研究進(jìn)簡要的介紹，以及微腔調(diào)諧的意義和動(dòng)機(jī)也會(huì)有所探討。
　　2.瓶狀微腔的制備及其調(diào)諧應(yīng)用
　　實(shí)驗(yàn)工作集中于回音壁模式微腔的調(diào)諧及其應(yīng)用。本人在所在實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上進(jìn)行一定的創(chuàng)新，制備光學(xué)品質(zhì)因子高于108并且便于大范圍調(diào)諧的瓶狀微腔。在研究了光學(xué)模式調(diào)諧的同時(shí)，也深入研究了瓶狀

6、微腔的機(jī)械模式的調(diào)諧，這在后續(xù)的遠(yuǎn)程全光學(xué)同步實(shí)驗(yàn)中都有直接的應(yīng)用。然后介紹了基于可調(diào)諧回音壁模式瓶狀微腔的可調(diào)諧add-drop濾波器和可調(diào)諧拉曼激光器等器件。
　　3.級聯(lián)微腔的全光學(xué)遠(yuǎn)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(shí)鐘同步及相位鎖定等方面都有重要的應(yīng)用，因此同步是一個(gè)很有意義的研究課題。在這部分我們介紹了在實(shí)驗(yàn)上結(jié)合瓶狀微腔的機(jī)械模式和光學(xué)模式的可調(diào)諧