摘 要: 近几年，随着纳米技术的飞速发展，腔光机械系统成为量子光学领域的一个新的研究热点。目前实验上已经实现了多种不同类型的腔光机械系统，而玻色—爱因斯坦凝聚体腔光机械系统就是其中非常重要的一种，它主要是由一个玻色爱因斯坦凝聚体耦合于一个光腔形成。本文中，我们主要研究该系统在全光晶体管中的应用。当对光腔同时施加一束强的泵浦光和一束弱的探测光时，我们通过求解系统算符的海森堡运动方程得出了探测光透射谱的表达式。数值结果表明，当泵浦光的功率在一定范围内时，探测光的透射率可大于1，也就实现了放大效应，从而实现了某种意义上的全光晶体管。55202

毕业论文关键词：腔光机械系统，玻色—爱因斯坦凝聚体，全光晶体管

Abstract：In recent years, with the rapid development of nanotechnology, cavity optomechanics gradually become a hot research topic in the field of quantum optics. Currently, several kinds of cavity optomechanical systems have been realized in experiments. Bose-Einstein condensate (BEC) cavity optomechanical system is an important type, which is composed of a BEC coupled with an optical cavity. In this thesis, we mainly investigate the application of this coupled system in the application of all-optical transistor. When the optical cavity is driven by a strong pump field and a weak probe field, we obtain the analytical expression of the probe transmission by solving the Heisenberg equation of motion of the system operators. Our numerical results show that the transmission of the probe field can be greater than 1 when the power of the pump field is properly chosen, thus the probe field can be amplified in this case. Therefore, Bose-Einstein condensate cavity optomechancial system can be used as an all-optical transistor to some extent.

Keywords: Optomechanical system, Bose Einstein condensate, All-optical transistor

目 录

1  绪论 4

1.1  腔光机械系统基本介绍 4

1.2  晶体管的概念和发展历史 6

1.2.1  晶体管的概念 6

1.2.2  晶体管的发明 6

1.2.3  晶体管的应用及优点 6

1.3  全光晶体管的简单介绍和发展 7

1.4  实现全光晶体管的新方案 7

2  实现全光晶体管的理论与方法 8

2.1  理论模型与计算方法 8

2.2  探测场透射谱表达式的得出 9

2.3  结果和讨论 11

结  论 15

参考文献 16

致  谢 17

1  绪论

1．1  腔光机械系统基本介绍

在物理学的研究中，光与物质的相互作用长久以来都是一个非常热门的研究重点。通俗来讲，无论是气体、固体还是液体，当我们将其分割到原子尺度时，我们必须用近代物理理论即量子理论去分析物质发生的物理事件。量子理论告诉我们：在一般情况下，原子是处于最低的能量状态，而那些组成原子的核外电子的分布情况又决定了各能量状态的取值。当这些电子在受到某一种光的扰动时，原子会从某一能量状态变化到另一能量状态。基于该基础，随着科技的进步与发展，一种新的光与物质相互作用的系统，即光机械系统作为一个新兴的课题已经引起了极大的关注和探讨。通常情况下，一个光机械系统需要一个纳米光腔和一个纳米机械振子耦合组成。这个系统中，一个外部的光泵激光可以控制相互作用一个单一模式的光学腔与机械之间的谐振腔的辐射压力。因而，一个强耦合机制可以很容易的通过调节达到泵的功率。因此，光机械系统可以在许多领域起着无可替代的重要作用。