腔光机械系统中高阶边带产生的有效调控及其应用

The studies about the cavity optomechanical systems have emerged as an important new frontier in many fields, such as quantum optics, quantum information, precision measurement, nonlinear optics, and cavity QED. However, these studies are mainly limited to the perturbative regime. The project studies the mechanism of high-order sideband generation in the cavity optomechanical system, the effective control of nonperturbative features, and their possible novel applications in high precision nonlinear spectroscopy and information storage and retrieving. The investigations may have the effect of not only promoting the intersection and merging of various disciplines like optics, cavity quantum electrodynamics, quantum information, ultrafast physics, but also providing the theoretical basis and reference for the research and development of new nano-quantum devices and practical microcavity devices.

腔光机械系统已经成为量子光学、量子信息、精密测量、非线性光学、腔量子电动力学等领域十分重要的前沿课题，但相关研究目前大多局限于稳态附近的微扰机制。本项目研究腔光机械系统中高阶边带产生的机理和非微扰特性的有效调控，进而探讨其在高精度光学测量技术、光信息通讯成像技术以及量子信息等高新技术的影响和可能的新应用。这种研究不仅对强场光学、腔量子电动力学、超快物理、量子信息等学科间的交叉融合具有一定的推动作用，而且将有助于开辟腔光机械系统的全新应用领域，为新型纳米量子器件及实用微腔器件的研发提供一定的理论依据。

腔光机械系统已经成为量子光学、量子信息、精密测量、非线性光学、腔量子电动力学等领域十分重要的前沿课题。腔光机械系统中高阶边带的有效调控不仅对强场光学、腔量子电动力学、超快物理、量子信息等学科间的交叉融合具有一定的推动作用，而且将有助于开辟腔光机械系统的全新应用领域，为新型纳米量子器件及实用微腔器件的研发提供一定的理论依据。本项目研究了腔光机械系统中高阶边带产生的机理和非微扰特性的有效调控，并探讨了其在高精度光学测量技术、光信息通讯成像技术以及量子信息等高新技术的影响和可能的新应用。. 其主要结果：1)就可调控腔光机械系统中的高阶边带产生和应用等方面开展了系统的研究，建立了具有扩展性的腔光机械系统及其耦合阵列的物理模型；2) 提出了基于腔光机械系统耦合阵列实现非对称光传输的理论方案；3)揭示了光力Kuznetsov-Ma孤子动力学；4) 实现了腔光机械系统中机械模式劈裂区的光力诱导透明现象及混沌在腔机械系统中的形成和操控；5) 研究了腔光机械系统高阶边带产生效应中的和边带调控；6) 通过引入光场的偏振极化现象来实现对腔光机械系统动力学行为的有效控制, 提出了矢量腔光机械学的概念,并展示了矢量光机械诱导透明的新奇特点；7)提出了基于矢量腔光机械学的低功耗、芯片型硅光子偏振片的理论方案；8)研究了在腔光机械阵列系统中的非线性效应-色散平衡现象。. 在项目基金的支持下，截至结题报告撰写时，共完成发表SCI 学术论文17 篇，具体包括1 篇Phys. Rev. Lett.、3篇Opt. Lett.、1 篇Opt. Express、4 篇Phys. Rev. A、3 篇Appl. Phys. Lett.、4 篇Sci. Rep.、1 篇Sci. China: Phys., Mech. & Aston.。这些论文被SCI引用142次，其中他引82次；1篇论文入选2015年ESI的高被引论文；单篇论文最高SCI引用33次/他引19次。. 这些结果对于为各种新型信息处理器件的研制和优化设计提供一定的理论指导，对于理解和掌握腔光机械系统中高阶边带产生现象的规律和特性、探讨半导体微纳结构中的光传播、提高物理量测量的精度甚至处理可控光频梳等问题都有启发意义。