Quantum Opto-Mechanics with Micromirrors: Combining Nano-Mechanics with Quantum Optics

اثرات کوانتومی در سیستم‌های ماکروسکوپی مدت‌هاست که برای محققان جذاب بوده است. در طول دهه گذشته، نوسانگرهای مکانیکی به عنوان یک سیستم انتخابی پیشرو برای بسیاری از آزمایش‌ها ظاهر شده‌اند. کار گزارش شده در این پایان نامه به بررسی اثرات نیروی تابش فشار نور بر ساختارهای مکانیکی ماکروسکوپی می پردازد. سیستم اصلی مورد مطالعه یک نوسان ساز مکانیکی است که بسیار بازتابنده است و بخشی از یک تشدیدگر نوری است. از طریق نیروی تابش فشار با حالت حفره نوری تعامل دارد. هم دینامیک نوسان مکانیکی و هم خواص میدان نور از طریق این برهمکنش اصلاح می شوند. این آزمایش‌ها از ابزارهای نوری کوانتومی (مانند هموداینگ و تبدیل پایین) با هدف نشان دادن رفتار کوانتومی مرکز مکانیکی حرکت جرم استفاده می‌کنند.

توضیحات دقیق چندین آزمایش جدید که راه را برای رسیدن به این هدف هموار می‌کنند و در حال شکل‌دهی به حوزه اپتومکانیک کوانتومی، به‌ویژه خنک‌سازی لیزری اپتومکانیکی و جفت‌شدگی اپتومکانیکی قوی هستند، دارای ارزش خاصی هستند.

Quantum effects in macroscopic systems have long been a fascination for researchers. Over the past decade mechanical oscillators have emerged as a leading system of choice for many such experiments. The work reported in this thesis investigates the effects of the radiation-pressure force of light on macroscopic mechanical structures. The basic system studied is a mechanical oscillator that is highly reflective and part of an optical resonator. It interacts with the optical cavity mode via the radiation-pressure force. Both the dynamics of the
mechanical oscillation and the properties of the light field are modified through this interaction. The experiments use quantum optical tools (such as homodyning and down-conversion) with the goal of ultimately showing quantum behavior of the mechanical center of mass motion.

Of particular value are the detailed descriptions of several novel experiments that pave the way towards this goal and are already shaping the field of quantum optomechanics, in particular optomechanical laser cooling and strong optomechanical coupling.