基于回音壁模式微腔与微纳机械振子的相互作用

Cavity-enhanced radiation-pressure coupling between optical and mechanical degrees of freedom allows quantum-limited position measurements and gives rise to dynamical backaction, enabling amplification and cooling of mechanical motion. This project mainly focuses on the fabrication of nanomechanical oscillator to get mechanical mode with ultranarrow linewidth. Then we use this hybrid system with the microsphere and nanomechanical oscillator to study the light storage with long time, which can be used for the quantum information and quantum internet. The microsphere support the mechanical mode with the linewidth of 20kHz, corresponding to the lifetime around several ms of the light storage. It is not enough for quantum information with the long distance. Therefore, it is critical for the long lifetime of the light storage. This project will investigate the fabrication of the nanomechanical oscillator to get the ultra-narrow linewidth. And we also study the radiation-pressure coupling between the wishpering gallery mode in the microsphere and the nanomecanical oscillator. Therefore, this project will achieve the nanomechanical oscillator with sharp linewidth for the long time light storage.

微纳机械振子可以通过回音壁模式进行激发获得窄线宽的机械模式，从而可以用来研究与光场的相互耦合作用。本项目主要以制备获得超窄线宽的微纳机械振子，并用该机械振子实现长时间的光信息的存储与读取，为微纳机械振子用于建立量子网络而努力。作为回音壁模式的微腔本身支持光机械模式，但该机械模式与回音壁的耦合强度不高，且线宽约为20kHz左右，能够实现几微秒的光信息存储和读取，但对建立远程的量子网络还是远远不够。对此，本项目将制备微纳机械振子，通过优化加工工艺，得到超窄线宽的机械模式，并研究回音壁模式与微纳机械振子的相互耦合作用强度。项目的实施有望获得高品质的微纳机械振子，实现光信息的长时间存储和读取。

光力学是个悠久的研究领域，随着微纳加工技术的发展，高品质因子的介质光学微腔得到了快速的发展，其中腔光力学在国际上日益引起人们的关注，成为光子和机械声子甚至光子与微波在微纳尺度的有效连接桥梁。且随着激光边带冷却技术的发展，可以将机械振子冷却到量子基态，进行量子水平的光声相互作用。本项目从量子信息学的发展及其实用化的需求出发，着眼于腔光力学体系在新型量子信息器件开发中的应用。我们主要研究了光子与声子的相干相互作用，尤其是光机械诱导透明现象，利用声子寿命长的特点，实现光信息的长时间存储。我们搭建了腔光力学体系的操控平台，主要研究了微腔内两种不同的机械振动模式：机械振子的呼吸模式以及布里渊散射声子。在呼吸模式的研究中，得出了非互易的传输特性，并给出了理论解释，和实验结果非常吻合；在布里渊散射声子的研究中，我们首先观测到了布里渊诱导透明现象，实现了非互易的光信息存储；其次，我们发现强泵浦激光引起的Kerr频移导致的Fano线型，通过改变锁模条件可以实现Kerr频移的补偿。这些研究为进一步探索腔光力学在量子信息领域中的研究，开发这些微腔体系在未来量子信息器件中的可能应用起到了推动作用。