腔磁力系统中的快慢光特性和光放大研究

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近年来,自旋系综与腔光子之间的强耦合取得了显著的进步,从而推动了腔自旋电子学的出现。由于自旋波的量子化对于温度具有高鲁棒性,因此在室温下实现光和物质之间的强耦合也已经被探究。这个优良特性促使腔磁力系统受到了人们越来越广泛的关注。在探索腔磁力学的道路上,铁磁性晶体钇铁石榴石(YIG)起到了至关重要的作用。此外,其所独有的高自旋密度和低阻尼率以及高可调性是此前曾被人们大量研究的光力系统所不具备的。因此腔磁力系统不仅对于微观的量子信息相关研究是一个很好的平台,同时还可以用来探究宏观的量子现象。最近几年,随着研究人员的进一步探究,在腔磁力系统中得到了许多有趣的现象,如磁子阻塞、声子激光、双稳态等。本文基于腔磁力系统,运用量子光学相关计算,在系统的输出谱、透射谱和群延迟曲线上探究了常见的宏观光学特性。具体研究内容如下:首先在经典的由微波腔和YIG小球杂化形成的三模腔磁力系统中探究了由磁子与微波腔光子相互作用产生的磁子诱导透明(MIT)现象和将系统中磁致伸缩效应考虑在内时由磁子与声子相互作用产生的磁力诱导透明(MMIT)现象,通过调节微波腔与磁子的耗散比或微波腔与磁子之间的耦合强度,观察了系统透明效果的变化情况,我们探究了系统快慢光效应随着微波腔与磁子的耗散比的变化情况。在此三模腔磁力系统的基础上引入了一个辅助的微波腔,从而建立了四模混合腔磁力系统。当设置辅助腔为耗散腔时,在系统输出场的吸收谱上得到了多透明窗口,当设置辅助腔为增益腔时,在系统输出场的透射谱上观察到了光放大现象。探究了系统中各相互作用强度以及腔1中光子与磁子的有效失谐量对系统放大效果的影响,进而灵活的调节了光放大的强度、位置和区域。最后对该混合腔磁力系统的快慢光效应进行分析,并实现了3.5微秒的群延迟,进一步探究了改变辅助腔的增益或耗散时系统的群延迟变化情况。结果表明,该方案利用实验参数以及合理的参数选取不仅可以实现系统透明效果的调节,同时也可以实现理想的光放大和快慢光的转换。
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