腔光力Si3N4薄膜可分辨邊帶冷卻及冷卻激光噪聲的高效抑制.pdf

1、早在十七世紀(jì)，物理學(xué)家Kepler發(fā)現(xiàn)彗星經(jīng)過近日點(diǎn)時(shí)彗尾遠(yuǎn)離太陽，由此提出輻射壓力的假設(shè)。1901年，麥克斯韋在實(shí)驗(yàn)上證明了輻射壓力的存在，并用經(jīng)典的麥克斯韋方程給出理論解釋。然而這種微乎其微的輻射壓力，在很長時(shí)間內(nèi)幾乎沒有得到應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代激光的出現(xiàn)以后，這種高強(qiáng)度、高相干性、高度聚焦激光束的輻射壓力迅速發(fā)展成為捕獲微小粒子的有力工具，并陸續(xù)被應(yīng)用于離子冷卻、超冷原子冷卻實(shí)驗(yàn)等。
　　近年來，隨著微集成與納米機(jī)械振

2、子加工技術(shù)的成熟，利用輻射壓力可以冷卻一些宏觀的物質(zhì)。為得到更強(qiáng)的輻射壓，腔光力應(yīng)運(yùn)而生并得到快速發(fā)展。到目前為止，人們設(shè)計(jì)了從幾百納米到幾十厘米，各種各樣的微機(jī)械振子，利用光的輻射壓力制備、檢測量子態(tài)。這些應(yīng)用中，使用激光冷卻使機(jī)械振子達(dá)到量子基態(tài)是一個(gè)非常重要的目標(biāo)。
　　我們研究小組設(shè)計(jì)的腔光力系統(tǒng)由一個(gè)高精細(xì)度的F-P腔和一個(gè)置于腔中間的氮化硅薄膜構(gòu)成，致力于在常溫下利用可分辨邊帶冷卻方法高效冷卻氮化硅薄膜機(jī)械振子。本文主

3、要包含以下內(nèi)容：理論上，我們介紹了一些關(guān)于光力的基本概念，分析了薄膜腔光力系統(tǒng)中薄膜、光學(xué)腔以及它們之間相互作用的物理性質(zhì)，給出了機(jī)械振子可分辨邊帶冷卻理論以及位移譜的探測原理。實(shí)驗(yàn)上，精心設(shè)計(jì)并搭建了超高精細(xì)度F-P光學(xué)腔，設(shè)計(jì)了高品質(zhì)因子的氮化硅薄膜，并在常溫下將薄膜機(jī)械振子的聲子數(shù)冷卻至初始熱平衡狀態(tài)聲子數(shù)的1/3131。此外為了消除激光額外噪聲對薄膜冷卻及探測的影響，我們還設(shè)計(jì)并搭建了基于級(jí)聯(lián)非平衡Mach-Zehnder干涉儀