一种广义三模腔光机械系统的相干完美吸收与透射

提出了一种广义的三模式腔光机械系统,系统的中间是一个反射率为100%的可移动的全反射机械振子,两侧均由一个部分透射的固定光学腔镜构成.其中两个光学腔由一束较强的控制场和一束较弱的信号场驱动与同一个机械振子实现耦合.较弱的信号场将会被该系统完全吸收而不产生任何能量输出,并且当相干完美吸收产生时,输入信号场的能量将由两个腔场和机械模共同分担;较弱的输入信号场由一个腔完美透视到另一个腔而不产生任何的能量损耗.分析与数值结果显示,在不同参数机制下,在该三模光机械系统中可以实现相干完美吸收、相干完美透射和相干完美合成的量子现象.此外,改变腔与腔之间的耦合度,可以实现输出探测场在相干完美吸收和相干完美透射之间转换;通过简单的相位调制,可以实现探测场左腔-右腔的输出和输入方向的互换.这些动态控制在量子信息网络可用来构造光子开关、光子路由、光子交换机等一些特殊功能的光子学器件.     

腔光力学研究进展

腔光力学研究光子与宏观机械振子的相互作用,目前已成为研究量子世界与经典世界之间的过渡以及研究非经典和非线性效应的重要领域。本文首先介绍该领域中的基本物理概念,包括辐射压力、光机械哈密顿量、海森堡–朗之万方程、方程的线性化等。然后综述近年来一些新奇光力学效应的发现和研究进展,包括光力诱导透明、非互易光传播、高阶边带产生、光机械纠缠等。最后提出了一些研究展望。     

J-C模型和原子-腔光力学系统中的纠缠交换

基于Jaynes-Cummings模型和原子-腔光力学系统,研究了该系统中原子与机械模之间的纠缠交换机制,讨论了两个原子的相干角和腔场与机械模之间的耦合系数对原子与机械模之间纠缠的影响。一个原子与机械模之间的最大纠缠随着该原子相干角的增大而减小,另一个原子与机械模之间的纠缠存在突然产生和突然死亡现象,并且最大纠缠随该原子相干角的增大而增大。根据这一结果可以制备原子与机械模之间的最大纠缠态,这为纠缠调控提供了一种新的方式。     

双光腔耦合下机械振子的基态冷却

机械振子的基态冷却是腔量子光力学中的基本问题之一.所谓的基态冷却就是让机械振子的稳态声子数小于1.本文通过光压涨落谱和稳态声子数研究双光腔光力系统(标准单光腔光力系统中引入第二个光腔,并与第一个光腔直接耦合)的基态冷却.首先得到系统的有效哈密顿量,然后给出朗之万方程和速率方程,最后分别给出空腔和原子腔的光压涨落谱、冷却率和稳态声子数.通过光压涨落谱、冷却率和稳态声子数表达式,重点讨论空腔时机械振子的基态冷却,发现当满足最佳参数条件(机械振子的冷却跃迁速率对应光压涨落谱的最大值,而加热跃迁速率对应光压涨落谱的最小值)时,机械振子可以被冷却到稳态声子数足够少.此外分析:当辅助腔内注入原子系综时,若参数选择恰当可能更利于基态冷却.     

光与电子之间能量交换的一个诱因

运用电子云导体模型分析了光与真空中自由电子之间相互作用,分析结果与已有理论一致.结合电子云导体模型对下列情况的分析：氮分子在飞秒强激光作用下的电离、X射线与分子中电子的作用等,可以说明光与电子之间确实存在电磁感应相互作用,光与电子间能量交换的根源之一是它们之间的电磁感应相互作用. 关键词： 电子 光 能量 电磁感应     

光交换的原理与实现

本文详细介绍了空分、时分、波分以及各种复合形式光交换的概念和所需关键器件的原理,给出了在目前技术条件下各种光交换单元的实现方案,并比较了它们的难易程度和优缺点.     

光突发交换的交换控制策略和光缓存配置

光突发交换是面向下一代互联网的光交换模式.讨论了异步光突发交换系统的交换控制策略以及相应光缓存的优化配置策略.除了传统预约模式的交换策略,还研究了非预约和改进型预约模式,它们的性能评估由计算机仿真给出.结果表明:在条件相当情况下,改进型预约模式具有最低的丢包率.同时光缓存的配置对上述几类交换控制策略的性能都有很大影响,仿真结果指出:光缓存的粒度对系统性能具有重要影响,所讨论的几类交换模式都存在最佳时延粒度,研究结果对光交换矩阵的设计有指导意义.     

基于双光反馈垂直腔面发射激光器的双信道混沌同步通信

利用双光反馈垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs) 两个正交偏振模式输出的两个混沌信号作为混沌载波, 构建了一个双信道的混沌保密通信系统, 并对该系统的通信性能进行了数值仿真研究.研究结果表明: 通过合理的选取反馈参量, 双光反馈VCSELs两个偏振模式输出的混沌信号能很好地隐藏外腔反馈延时特性; 双光反馈VCSEL两个偏振模式输出的混沌信号通过偏振保持注入到接收VCSEL中, 在强注入锁定条件下可以实现很好的混沌同步, 同步性能对频率失谐的容忍性随着注入强度的增加而加强; 在附加混沌调制加密方式下, 500 Mbit/s的信号在传输过程中能够得到很好的隐藏, 同时在接收端可以成功解调; 随着通信速率的增加, Q因子呈现下降的趋势, 但对于 6 Gbit/s的信息, Q因子仍大于6. 关键词： 垂直腔面发射激光器 双光反馈 双信道 混沌通信     

光突发交换中交换矩阵配置时间的影响研究

光突发交换是近几年出现的一种很有前途的交换技术。在光突发交换网络的核心节点中,光交换矩阵是一个关键部件,其配置时间影响到光突发交换网络的性能。这种影响表现在对数据信道可用时间施加了限制。在考虑光交换矩阵配置时间的基础上给出了修正后的LAUC算法,并通过计算机仿真研究了这种配置时间对光突发交换性能的影响。结果表明,光交换矩阵配置时间的增大会导致输出数据信道利用率的降低,进而增大了数据丢失率。     

基于2×2光开关的光交换系统研究

本文详细描述了基于光信元（photoniccel）进行交换的光交换系统模型,讨论了光信元的帧结构方法,并完成了2×2LiNbO₃光开关交换单元实验,其技术性能指标为:工作速率155Mb/s;消光比优于20dB;插入损耗小于5dB。     

基于2×2光开关的光交换系统研究

本文详细描述了基于光信元（ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｅｌ）进行交换的光交换系统模型，讨论了光信元的帧结构方法，并完成了２×２ＬｉＮｂＯ３光开关交换单元实验，其技术性能指标为：工作速率１５５Ｍｂ／ｓ；消光比优于２０ｄＢ；插入损耗小于５ｄＢ     

树型结构半导体光放大器光交换矩阵的可靠性(英文)

针对光交换系统的可靠性研究已卓有成效,但作为光交换系统的核心元件——光交换矩阵的可靠性却始终没有得到足够的重视.本文利用可靠性框图对基于半导体光放大器的树型结构光交换矩阵进行了可用性分析.分析结果表明该型光交换矩阵在可靠性上存在的不足,需要设计保护结构.通过对已有的光交换系统可靠性研究工作的分析总结,提出了两种针对树型结构光交换矩阵的保护结构,并利用可靠性框图和概率统计方法对其进行比较分析了两种结构的特点.研究表明,交换矩阵对于SOA的可靠性最为敏感.交换矩阵保护结构的设计过程,实际上是系统可靠性、成本、体积及性能的折衷.因其对成本和可靠性的影响,能否提供有效的检测和维护也应在保护结构的设计过程中予以考虑.     

光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术测量腔镜高反射率的对比研究(英文)

基于半导体激光器的光反馈效应,提出了光反馈光腔衰荡技术用于测量腔镜的高反射率。相对于没有光反馈的情况,光腔衰荡信号振幅提高了两个数量级,从而大大提高了高反射率测量精度。在四个衰荡腔长采用光反馈光腔衰荡技术测量得到的腔镜反射率非常一致,统计平均值为99.9356±0.0008%。通过实验比较了光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术。结果表明,光反馈光腔衰荡技术的测量精度比脉冲光腔衰荡技术高。     

窗口声阻抗对锆相变动力学的影响

基于磁驱动加载装置CQ-4开展了锆的斜波压缩相变实验,研究了锆样品后表面窗口声阻抗对相变波形的影响.实验结果显示,锆后表面为较低声阻抗窗口(自由面和LiF窗口)时,相变起始对应的特征粒子速度约331.0 m/s,而高阻抗蓝宝石窗口时,特征粒子速度约301.9 m/s,特征速度对应的压力从约9.14 GPa下降到8.27 GPa.相变对应的速度特征拐点是与多种因素相关的实验信息,因此它对应的压力并不是材料属性参数相变压力.结合基于热力学Helmholtz自由能的多相状态方程和非平衡相变动力学方程开展了锆的相变动力学数值模拟研究,相变弛豫时间为30 ns,计算结果与三种情况的实验结果符合良好,可以较好地模拟斜波压缩下锆的弹塑性转变、相变等物理过程.在压力-比容和温度-压力热力学平面,相变前锆的准等熵线与冲击绝热线差异很小,相变后准等熵线都位于冲击绝热线下方,随着压力的增加准等熵线和冲击绝线偏差越来越大,温度-压力平面中在20 GPa时相差约100 K.相变开始后,由于相变引起比容的间断,导致锆的拉氏声速迅速下降约7%,相变完成后拉氏声速恢复到体波声速.     

双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却研究

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器（OPA）的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱,基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA,使腔场内形成强烈的非线性压缩效应,量子反作用加热过程得到有效抑制,系统净冷却率得到显著提高。此外,讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数,声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。     

光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的受激辐射特性和量子相变

研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的基态性质和相关的量子相变.通过利用自旋相干态变换将等效赝自旋哈密顿算符对角化并求得基态能量泛函.基态能量泛函对其经典场变量进行变分并取极小值,得到光子数解和相边界曲线.通过稳定性讨论发现系统除了出现正常相和超辐射相之外,还得到了多稳的宏观量子态;受激辐射来自于原子数反转的集体态,单组分的Dicke系统中并没有此现象;受激辐射只能从一组分的原子中产生,而另外的仍保持在普通超辐射状态.通过调整相关的原子-场耦合强度和频率失谐,超辐射和受激辐射态的顺序可以在原子的两个组分之间互换.     

异步转移模式光交换的平方扩展

利用光交换的特点,在内部进行多通道连接,可以实现两级的大端口数交换.系统端口数与模块端口数为平方关系.本文对ATM(Asynchronous Transfer Mode)光交换的扩展性进行了一些分析、研究,提出一类简便易行的扩展方案.     

波导基本结构对光子晶体耦合腔光波导慢光特性的影响

研究了二维光子晶体耦合腔波导的结构对慢光特性的影响,发现微腔间的距离n、填充因子r/a和缺陷柱的尺寸rd是影响光子晶体禁带中慢光导模传输特性的重要参数。随着缺陷微腔间距离的增加,导模群速度vg急剧减小;当填充因子和缺陷柱尺寸增加时,导模向低频方向移动,同时,导模群速度降低;填充因子和缺陷柱尺寸降到一定数值后,vg达到最小值,此后,当r和rd分别超出其特定值继续增大,导模群速度反而增大。取微腔之间介质柱个数为6,普通介质柱尺寸为r=0.22a,a为光子晶体晶格常数,缺陷柱尺寸为rd=0.12a,得到导模群速度最大值vgmax1.93×10-3c,带边处vg10-4c(c为光速)。这一结果显示,通过基本结构设计可以实现对光子晶体耦合腔光波导中慢光的有效控制,这将为基于光子晶体功能器件的设计和应用提供有效的支持。     

基于二维光子晶体耦合腔波导的新型慢光结构研究

对二维介质柱光子晶体耦合腔波导慢光结构进行了研究,发现随着缺陷腔之间晶格个数增多,群速度减小很快,选用7×7超胞单元时耦合腔波导结构的导模最大群速度ν_g-max只有光子晶体线缺陷波导的1/251.然后对7×7超胞单元的缺陷腔周围四个介质柱半径进行调整,发现新型结构导模的ν_g-max进一步减小,最小可达到589×10^-4c,约为未调整之前的1/5.最后通过比较发现,当改变缺陷腔上下相邻两个介质柱半径时得到的结构具有更好的慢光特性.