【摘要】：微納機械振子可以與不同的物理系統(tǒng)產(chǎn)生相互作用,將不同的物理量轉(zhuǎn)換為機械振子的振動(聲子),控制聲子在機械振動模式間的傳遞可以實現(xiàn)信息在不同物理系統(tǒng)間的交互。除此之外,通過對機械振子的相干聲子操控,人們有望在宏觀物體上觀測到聲子疊加態(tài)等量子現(xiàn)象。因此,研究微納機械振子中的相干聲子傳遞,是一件非常有意義的事。近年來,隨著微加工技術(shù)的不斷提升,機械振子的品質(zhì)因子不斷提高,甚至于光場與機械振子的微弱相互作用都能影響振子的振動。在本篇博士論文里,我們在兩個耦合微懸臂梁的兩模光力系統(tǒng)中開展了相干聲子操控的實驗研究。實驗表明,這樣的一個兩模光力系統(tǒng)與量子二能級系統(tǒng)有著一定的相似性。我們借鑒量子系統(tǒng)中發(fā)展的一些操控方法,重點研究了強驅(qū)動條件下的相干聲子操控。通過這些方法,我們實現(xiàn)了聲子在耦合微懸臂梁上的相干傳遞。主要研究內(nèi)容如下:1.可調(diào)諧的兩模腔光力系統(tǒng)。我們通過兩個耦合的微懸臂梁搭建了一套有著強色散光力耦合作用的中間薄膜型腔光力系統(tǒng)。懸臂梁的振動模式由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的存在而雜化形成兩個正交振動模式。通過改變因禁光功率,我們改變了正交模式在微懸臂梁間的分布,當兩個懸臂的振動頻率相同時,我們觀察到了兩個正交模式的免交叉現(xiàn)象。2.光學(xué)調(diào)控正交模式劈裂。在可調(diào)諧兩模腔光力系統(tǒng)中,我們在弱驅(qū)動條件下研究了兩個正交模式間劈裂的關(guān)系。通過改變驅(qū)動強度,我們可以改變參量耦合的強度,實現(xiàn)聲子以不同的速率在兩個正交模式間傳遞。3.兩模腔光力系統(tǒng)中的類Landau-Zener隧穿。我們在兩模系統(tǒng)中,以不同的速率改變囚禁光功率,使系統(tǒng)以不同的速度穿過免交叉點,實現(xiàn)了聲子的Landau-Zener隧穿。在重復(fù)兩次隧穿過程中,改變系統(tǒng)在兩次穿過免交叉點間的演化時間,我們觀測到了聲子的Stuckelberg干涉。利聲子的Stuckelberg干涉儀,我們實現(xiàn)了兩模系統(tǒng)中斯托克斯相位的測量。隨后,我們研究了周期性的Landau-Zener隧穿。實驗表明,在特定條件下,聲子間會發(fā)生相干相消隧穿,被束縛在微懸臂梁上而不發(fā)生傳遞。通過改變驅(qū)動條件,我們在系統(tǒng)免交叉點處構(gòu)造了一個全范圍耦合強度可調(diào)的相干光力開關(guān)。4.聲子的Stuckelberg幾何干涉儀。我們利用兩個參量耦合的機械模式構(gòu)造聲子的Stuckelberg幾何干涉儀。我們調(diào)節(jié)驅(qū)動場使其在參量空間的演化形成了一個閉合回路。我們證明了在兩個Landau-Zener隧穿點之間,振子的振動態(tài)可以對有效場在布洛赫球上的演化實現(xiàn)絕熱跟隨。通過改變往返隧穿過程中系統(tǒng)態(tài)矢演化路徑在布洛赫球上所對應(yīng)的空間立體角,我們實現(xiàn)了對系統(tǒng)幾何相位的操控。為了實現(xiàn)純幾何相位的相干聲子操控,我們利用向旋回波的技術(shù)來消除隧穿過程中的動力學(xué)相。最后我們對驅(qū)動場施加不同帶寬的白噪聲,實驗證明了兒何相位操控相較于動力學(xué)操控方法確實具有更強的抗噪性。
【圖文】：

多個機械振子同時與待測系統(tǒng)耦合，相當于同時對系統(tǒng)進行了多次測量，因此可逡逑以降低系統(tǒng)中的噪聲，提高測量的信噪比。例如，在２００４年，密歇根大學(xué)的逡逑Ｓｅｕｎｇｂａｅ邋Ｌｅｅ等人就利用微機械振子陣列來降低測量過程中的相位噪聲［圖１．２］，逡逑相比于單機械振子測量，其測量過程中的相位噪聲降低了邋２４ｄＢ［４Ｇ］。逡逑ＢＩ\b秦娭４晝邋＾邋Ｉ邋ｉ逡逑－邐－邐－？邐，＇－邋－ｉ邋？－－－？■＇■？■ｗ＊－邐邐邐邐邋－邋■邐．邋－邋－邋－－．—邋－邋－－邋－邋＿邐＊？＇邐．‘，逡逑？邐）邐：邋？？邋＾邋鋒，二…．．．．．；逡逑圖１．２邋—種微納機械振子陣列［４（）］逡逑２逡逑

＇邋ＲＦ逡逑圖１．１微納機械振子與其他物理場耦合逡逑（ａ）機械振子與自旋系統(tǒng)耦合ｐ４１，（ｂ）機械振子與光場光場以及電場耦合［３５１。逡逑此外，人們還提出了利用微納機械振子陣列提高測量精度的方法［３９］。由于逡逑多個機械振子同時與待測系統(tǒng)耦合，相當于同時對系統(tǒng)進行了多次測量，因此可逡逑以降低系統(tǒng)中的噪聲，，提高測量的信噪比。例如，在２００４年，密歇根大學(xué)的逡逑Ｓｅｕｎｇｂａｅ邋Ｌｅｅ等人就利用微機械振子陣列來降低測量過程中的相位噪聲［圖１．２］，逡逑相比于單機械振子測量，其測量過程中的相位噪聲降低了邋２４ｄＢ［４Ｇ］。逡逑ＢＩ\b秦娭４晝邋＾邋Ｉ邋ｉ逡逑－邐－邐－？邐，＇－邋－ｉ邋？－－－？■＇■？■ｗ＊－邐邐邐邐邋－邋■邐．邋－邋－邋－－．—邋－邋－－邋－邋＿邐＊？＇邐．‘
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH74

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本文編號：2693637