[發(fā)明專利]基于拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)及動態(tài)耗散冷卻方法

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• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115395360A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 廖慶洪;郭富圳;肖敏
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/04
• 代理公司: 南昌青遠專利代理事務所(普通合伙) 36123
• 代理人: 涂志剛

本發(fā)明公開了基于拉蓋爾?高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)及動態(tài)耗散冷卻方法，基于拉蓋爾?高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)包括：自左向右依次為：固定輸入耦合器，完全反射式移動后視鏡，螺旋彈簧、機械振子；由強泵浦場和弱探測場驅(qū)動；本發(fā)明提供一種基于拉蓋爾?高斯旋振腔冷卻系統(tǒng)的動態(tài)耗散冷卻方法，將拉蓋爾?高斯旋振腔內(nèi)的完全反射式移動后視鏡與螺旋彈簧連接后，沿光學諧振腔軸振動和旋轉(zhuǎn)，充分影響腔內(nèi)角動量的交換，達到基態(tài)冷卻，然后通過動態(tài)耗散調(diào)制的方法，利用腔模耗散這一有害的噪聲項，達到冷卻的效果，并顯著地降低了穩(wěn)態(tài)冷卻極限，提高了穩(wěn)態(tài)冷卻速率，在量子信息處理、量子通信、高精度測量等領域有更多潛在的應用。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及腔光力學技術(shù)領域，具體是指基于拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)及動態(tài)耗散冷卻方法。

背景技術(shù)

腔光力學是物理學的一個重要分支，研究光與機械運動之間可控輻射壓力的相互作用。常見的光學腔有法布里-珀羅腔、回音壁模式光學微腔等，它們是通過光力耦合的，拉蓋爾-高斯旋振腔是一種比較新穎的光學微腔，它是利用角動量與輻射場的交換來量子化經(jīng)典扭轉(zhuǎn)振子的旋轉(zhuǎn)模式，結(jié)合使用光的線性動量，導致了同時量子化振動和旋轉(zhuǎn)模式的振蕩器使用相同的輻射場。

腔光力系統(tǒng)的實質(zhì)是將光子以及聲子聯(lián)系起來，并在適當?shù)膮?shù)范圍內(nèi)可以實現(xiàn)聲子態(tài)和光子態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。在腔光力學領域內(nèi)，通過探索光和機械運動之間的相互作用，可以在量子信息處理、量子通信、高精度測量等領域有許多潛在的應用，而實現(xiàn)這些的先決條件是將機械振子冷卻到基態(tài)。現(xiàn)有的腔光力系統(tǒng)在使用過程中由于會產(chǎn)生交換加熱和環(huán)境加熱，造成系統(tǒng)使用的環(huán)境溫度上升，降低系統(tǒng)的精度和使用效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供基于拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)及動態(tài)耗散冷卻方法，在實現(xiàn)其基態(tài)冷卻的前提下，提出了動態(tài)耗散冷卻方法，可以顯著提高冷卻速率和降低冷卻極限，將機械振子冷卻到量子基態(tài)，可以實現(xiàn)對量子的高精度測量，使得量子信息處理在量子技術(shù)方面有更加廣泛的應用。

一種基于拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)，包括：自左向右依次為：固定輸入耦合器、完全反射式移動后視鏡、螺旋彈簧、機械振子；由強泵浦場和弱探測場驅(qū)動；

所述固定輸入耦合器是剛性固定的，與完全反射式移動后視鏡之間組成捕獲原子束的光學諧振腔；

所述完全反射式移動后視鏡與螺旋彈簧相連，工作時沿光學諧振腔軸振動和旋轉(zhuǎn)；螺旋相位元件可反射或透射，用于改變激光束的角動量或“光電荷”，在高斯腔模式可以冷卻反射鏡的線性振動，實現(xiàn)與光場的光旋耦合；通過螺旋彈簧連接機械振子，充分影響反射鏡的狀態(tài)，增強基于拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)的反旋波項和能量交換的冷卻過程，達到冷卻的效果；所述螺旋彈簧提供使完全反射式移動后視鏡沿z軸的振動恢復力以及與z軸方向相反的扭轉(zhuǎn)。

進一步地，所述強泵浦場驅(qū)動強高斯光束，入射至固定輸入耦合器，再由完全反射式移動后視鏡接收；

所述弱探測場ε_p作為探頭檢測系統(tǒng)的響應，作為ε_out檢測系統(tǒng)的輸出域。

本發(fā)明化提供一種基于拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻系統(tǒng)的冷卻方法，實現(xiàn)拉蓋爾-高斯旋振腔的冷卻首先完成完全反射式移動后視鏡的基態(tài)冷卻后實現(xiàn)動態(tài)耗散冷卻，包括以下步驟：

S1.帶0電荷的拉蓋爾-高斯光束入射到固定輸入耦合器(1)上，不考慮反射分量，驅(qū)動諧振腔動作；

S2.帶0電荷的拉蓋爾-高斯光束經(jīng)過固定輸入耦合器(1)，到達完全反射式移動后視鏡(2)后帶電荷增加到+2l；

S3.帶+2l電荷的拉蓋爾-高斯光束從完全反射式移動后視鏡(2)反射回到固定輸入耦合器(1)，穿過固定輸入耦合器；