混合腔光机械系统电磁诱导透明及其相关现象的理论研究

Optomechanical system, photons interacting with phonons, is not only involving the basic problems of quantum mechanics but also can be used as important quantum devices such as information controller, gate operation, quantum sensors ect.. Therefore, the optomechanical system plays significant role in quantum mechanics as well as in quantum information domain and has attracted a lot of attention. In this project, we will research the hybrid cavity optomechanical system..We study how the atoms of different energy levels structure or different media affect the electromagnetically induced transparency （EIT）in the same cavity optomechanical system; Intend to explore the influence of EIT in cavity optomechanical system with high order coupling, and propose a completely theoretical method to deal with high order nonlinear problems. Meanwhile, we plan to study the cavity optomechanical system with N charged nanomechanical resonator via Coulomb interaction, the relation between multicolor EIT and the strength of the Coulomb interaction or different media..Through the implementation of this project, a more comprehensive and systematic study of EIT in the hybrid cavity optomechanical system will be accomplished, which will be not only helpful for understanding the nonlinear optical effects in the hybrid system but also provide guidance for the research of the nonlinear optical system for precision measurement.

光子与声子相互作用的腔光机械系统，不仅涉及量子力学基本问题，而且能够作为信息控制、量子门操作、量子传感器等重要量子器件，因此对该系统的研究具有重要意义，近年来受到学者们广泛的关注。本项目拟以介质参与的腔光机械混合系统为对象，研究不同能级结构的原子或不同介质操控相同的腔光机械系统的电磁诱导透明现象；探讨不同介质对高阶耦合的混合腔光机械系统中电磁诱导透明的影响，进一步完备处理高阶非线性问题的理论方法；以及二次耦合多个带电机械振子的多电磁诱导透明的调控。通过本项目的实施，较为全面系统地研究介质参与的混合腔光机械系统的电磁诱导透明的各类问题，有助于对该系统中非线性光学效应的理解，期待这一非线性光学系统用于精密测量等方面的研究提供一定的理论指导。

腔光机械系统中光场与原子的相互作用是量子光学的重要研究内容，腔光力系统中机械振子带有电荷也已成为当前的热点问题。本项目以原子介质参与及包含带电机械振子的混合腔光机械系统为研究对象，研究在有介质参与或机械振子带电的条件下，实现对电磁诱导透明及相关现象的操控。考虑在一个混合腔光机械系统中加入多能级原子系综，腔光机械系统中出现了多电磁诱导透明现象，原子介质的加入能增加透明窗口的个数。一个法布里-帕罗腔中出现多个声子，若N个声子的振动频率互不相等，该系统出现N个透明窗口，否则透明窗口的个数会有所减少。其原因是退耦问题，是退耦导致了透明窗口个数的减少。当系统中的两个或四个机械振子带电，且每个光机械腔中两个带电机械振子之间通过库伦作用相互耦合时，通过调整库伦系数能够操控电磁诱导透明的个数、窗口的宽度以及最远窗口之间距离。这些研究在理论和数值上从多角度对光机械系统电磁诱导透明及其相关现象进行了探索，较为全面系统地研究介质参与或声子带电条件下的混合腔光机械系统的电磁诱导透明的各类问题，深化了对该系统中非线性光学效应的理解，为光子的存储、传输、控制提供了极大的灵活性，并在量子信息处理中具有潜在的应用。.在开展上述三个方面研究的同时，我们对于纠缠态的制备产生了兴趣，重点研究了原子介质的参与对于制备纠缠态的影响，发现纠缠度随着原子与光机械腔耦合的增加而增强；利用原子依次通过多个光学腔构成的腔阵列，可得到多个腔之间的纠缠，包括KLM纠缠态和Bell态；若让里德堡原子系综形成一个超级原子，制备了Bell态和W态。同时，在弱腔场近似下，简单有效地制备了三粒子单重态，且单重态的保真度对退相干因素是比较鲁棒的。这一部分内容主要围绕腔光机械系统，为光机械量子器件的应用提供一定的理论指导作用，是项目计划书的微调。