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超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量

杜金锦 李文芳 文瑞娟 李刚 张天才

超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量

杜金锦, 李文芳, 文瑞娟, 李刚, 张天才
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  • 超高精细度微共振器是实现原子或者其他偶极子与腔强耦合作用的基本部分, 在腔量子电动力学(QED)、弱光非线性效应及微光学器件研究中扮演着重要的角色. 微腔基本参数的精密测量最终可以确定腔与原子的耦合系数、腔场衰减率, 对决定系统的动力学特性具有重要的意义. 但是由于超高精细度光学微腔本身的构造和多层镀膜的特点, 高精度地确定其共振频率及有效腔长存在一定困难. 本文结合修正的多层介质膜模型, 实验上完成了膜层为37层的超高精细度光学微腔在不同共振频率下有效腔长的精密测量, 获得了超高精细度光学微腔的共振频率及波长; 理论计算分析与实验测量结果相符, 对纵模间隔的测量精度误差低于0.004 nm, 较为修正前提高了约两个量级. 同时给出了对应不同模式数下, 光波渗入到介质中的深度. 该方法可望应用到其他微共振器的精密测量中.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB921601)和国家自然科学基金(批准号:11125418,61227902,61275210,11204165,61121064)资助的课题.
    [1]

    McKeever J, Boca A, Boozer A D, Miller R, Buck J R, Kuzmich A, Kimble H J 2004 Science 303 1992

    [2]

    Kuhn A, Hennrich M, Rempe G 2002 Phys. Rev. Lett. 89 067901

    [3]

    Kimble H J 2003 Phys. Rev. Lett. 90 249801

    [4]

    Zhang H, Jin X M, Yang J, Dai H N, Yang S J, Zhao T M, Rui J, He Y, Jiang X, Yang F, Pan G S, Yuan Z S, Deng Y J, Chen Z B, Bao X H, Chen S, Zhao B, Pan J W 2011 Nature Photonics 5 628

    [5]

    Bao X H, Reingruber A, Dietrich P, Rui J, Duck A, Strassel T, Li L, Liu N L, Zhao B, Pan J W 2012 Nature Physics 8 517

    [6]

    Zhang P F, Zhang Y C, Li G, Du J J, Zhang Y F, Guo Y Q, Wang J M, Zhang T C, Li W D 2011 Chin. Phys. Lett. 28 044203

    [7]

    Hood C J, Lynn T W, Doherty A C, Parkins A S, Kimble H J 2000 Science 287 1447

    [8]

    Pinkse P W H, Fischer T, Maunz P, Rempe G 2000 Nature 404 365

    [9]

    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 Phys. Rev. A 83 031804

    [10]

    Liu T, Zhang T C, Wang J M, Pen K C 2004 Acta Phys. Sin. 53 1346 (in Chinese) [刘涛, 张天才, 王军民, 彭堃墀 2004 物理学报 53 1346]

    [11]

    Boca A, Miller R, Birnbaum K M, Boozer A D, McKeever J, Kimble H J 2004 Phys. Rev. Lett. 93 233603

    [12]

    DeVoe R G, Fabre C, Jungmann K, Hoffnagle J, Brewer R G 1988 Phys. Rev. A 37 1802(R)

    [13]

    Lichten W 1985 J. Opt. Soc. Am. A 2 1869

    [14]

    Layer H P, Deslattes R D, Schewietzer W G 1976 Appl. Opt. 15 734

    [15]

    Hood C J, Kimble H J, Ye J 2001 Phys. Rev. A 64 033804

    [16]

    Rempe G, Thompson R J, Kimble H J 1992 Opt. lett. 17 363

    [17]

    Li G, Zhang Y C, Li Y, Wang X Y, Zhang J, Wang J M, Zhang T C 2006 Appl. Opt. 45 7628

    [18]

    Li L P, Liu T, Li G, Zhang T C, Wang J M 2004 Acta Phys. Sin. 53 1041 (in Chinese) [李利平, 刘涛, 李刚, 张天才, 王军民 2004 物理学报 53 1041]

  • [1]

    McKeever J, Boca A, Boozer A D, Miller R, Buck J R, Kuzmich A, Kimble H J 2004 Science 303 1992

    [2]

    Kuhn A, Hennrich M, Rempe G 2002 Phys. Rev. Lett. 89 067901

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    Kimble H J 2003 Phys. Rev. Lett. 90 249801

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    Zhang H, Jin X M, Yang J, Dai H N, Yang S J, Zhao T M, Rui J, He Y, Jiang X, Yang F, Pan G S, Yuan Z S, Deng Y J, Chen Z B, Bao X H, Chen S, Zhao B, Pan J W 2011 Nature Photonics 5 628

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    Bao X H, Reingruber A, Dietrich P, Rui J, Duck A, Strassel T, Li L, Liu N L, Zhao B, Pan J W 2012 Nature Physics 8 517

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    Zhang P F, Zhang Y C, Li G, Du J J, Zhang Y F, Guo Y Q, Wang J M, Zhang T C, Li W D 2011 Chin. Phys. Lett. 28 044203

    [7]

    Hood C J, Lynn T W, Doherty A C, Parkins A S, Kimble H J 2000 Science 287 1447

    [8]

    Pinkse P W H, Fischer T, Maunz P, Rempe G 2000 Nature 404 365

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    Zhang P F, Guo Y Q, Li Z H, Zhang Y C, Zhang Y F, Du J J, Li G, Wang J M, Zhang T C 2011 Phys. Rev. A 83 031804

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    [12]

    DeVoe R G, Fabre C, Jungmann K, Hoffnagle J, Brewer R G 1988 Phys. Rev. A 37 1802(R)

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    Lichten W 1985 J. Opt. Soc. Am. A 2 1869

    [14]

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    [15]

    Hood C J, Kimble H J, Ye J 2001 Phys. Rev. A 64 033804

    [16]

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    [18]

    Li L P, Liu T, Li G, Zhang T C, Wang J M 2004 Acta Phys. Sin. 53 1041 (in Chinese) [李利平, 刘涛, 李刚, 张天才, 王军民 2004 物理学报 53 1041]

  • [1] 刘涛, 张天才, 王军民, 彭堃墀. 高精细度光学微腔中原子的偶极俘获. 物理学报, 2004, 53(5): 1346-1351. doi: 10.7498/aps.53.1346
    [2] 张小丽, 林书玉, 付志强, 王勇. 弯曲振动薄圆盘的共振频率和等效电路参数研究. 物理学报, 2013, 62(3): 034301. doi: 10.7498/aps.62.034301
    [3] 王泽锋, 胡永明, 罗洪, 孟洲, 倪明, 熊水东. 腔壁弹性对水下小型圆柱形亥姆霍兹共振器共振频率的影响. 物理学报, 2009, 58(4): 2507-2512. doi: 10.7498/aps.58.2507
    [4] 谷红明, 黄永清, 王欢欢, 武刚, 段晓峰, 刘凯, 任晓敏. 一种新型光学微腔的理论分析. 物理学报, 2018, 67(14): 144201. doi: 10.7498/aps.67.20180067
    [5] 程正富, 龙晓霞, 郑瑞伦. 温度对光学微腔光子激子系统玻色凝聚的影响. 物理学报, 2010, 59(12): 8377-8384. doi: 10.7498/aps.59.8377
    [6] 王泽锋, 胡永明, 孟 洲, 倪 明. 水下圆柱形Helmholtz共振器的声学特性分析. 物理学报, 2008, 57(11): 7022-7029. doi: 10.7498/aps.57.7022
    [7] 邱康生, 赵彦辉, 刘相波, 冯宝华, 许秀来. 弯曲氧化锌微米线微腔中的回音壁模. 物理学报, 2014, 63(17): 177802. doi: 10.7498/aps.63.177802
    [8] 徐昕, 金雪莹, 胡晓鸿, 黄新宁. 光学微腔中倍频光场演化和光谱特性. 物理学报, 2020, 69(2): 024203. doi: 10.7498/aps.69.20191294
    [9] 孟令俊, 王梦宇, 沈远, 杨煜, 徐文斌, 张磊, 王克逸. 具有内参考热补偿功能的三层膜结构微球腔折射率传感器. 物理学报, 2020, 69(1): 014203. doi: 10.7498/aps.69.20191265
    [10] 李文芳, 杜金锦, 文瑞娟, 杨鹏飞, 李刚, 张天才. 强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟. 物理学报, 2014, 63(24): 244205. doi: 10.7498/aps.63.244205
    [11] 王延娜, 赵迪, 方爱平, 蒋臣威, 高韶燕, 李福利. 利用高阶拉盖尔-高斯横模精确测量法布里-珀罗腔内原子的运动轨迹. 物理学报, 2015, 64(22): 224214. doi: 10.7498/aps.64.224214
    [12] 安保林, 林鸿, 刘强, 段远源. 基于圆柱定程干涉法测量气体黏度的探索. 物理学报, 2013, 62(17): 175101. doi: 10.7498/aps.62.175101
    [13] 李天信, 翁钱春, 鹿建, 夏辉, 安正华, 陈张海, 陈平平, 陆卫. 量子点操控的光子探测和圆偏振光子发射. 物理学报, 2018, 67(22): 227301. doi: 10.7498/aps.67.20182049
    [14] 赵瑞通, 梁瑞生, 王发强. 电子自旋辅助实现光子偏振态的量子纠缠浓缩. 物理学报, 2017, 66(24): 240301. doi: 10.7498/aps.66.240301
    [15] 刘军, 陈帛雄, 许冠军, 崔晓旭, 白波, 张林波, 陈龙, 焦东东, 王涛, 刘涛, 董瑞芳, 张首刚. 高精细度光学参考腔的自主化研制. 物理学报, 2017, 66(8): 080601. doi: 10.7498/aps.66.080601
    [16] 康鹏, 孙羽, 王进, 刘安雯, 胡水明. 基于高精细度光腔锁频激光的分子吸收光谱测量. 物理学报, 2018, 67(10): 104206. doi: 10.7498/aps.67.20172532
    [17] 李利平, 刘涛, 李刚, 张天才, 王军民. 超高精细度光学腔中低损耗的测量. 物理学报, 2004, 53(5): 1401-1405. doi: 10.7498/aps.53.1401
    [18] 孙鑫. 各向异性铁磁体的共振频率. 物理学报, 1965, 115(10): 1776-1784. doi: 10.7498/aps.21.1776
    [19] 蔡旭红, 林旭升, 石 全, 赵年顺. 用紧束缚方法描述光子晶体缺陷耦合的共振频率移动. 物理学报, 2007, 56(5): 2742-2746. doi: 10.7498/aps.56.2742
    [20] 陈亚博, 杨晓阔, 危波, 吴瞳, 刘嘉豪, 张明亮, 崔焕卿, 董丹娜, 蔡理. 非对称条形纳磁体的铁磁共振频率和自旋波模式. 物理学报, 2020, 69(5): 057501. doi: 10.7498/aps.69.20191622
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-07
  • 修回日期:  2013-06-20
  • 刊出日期:  2013-10-05

超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量

  • 1. 山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB921601)和国家自然科学基金(批准号:11125418,61227902,61275210,11204165,61121064)资助的课题.

摘要: 超高精细度微共振器是实现原子或者其他偶极子与腔强耦合作用的基本部分, 在腔量子电动力学(QED)、弱光非线性效应及微光学器件研究中扮演着重要的角色. 微腔基本参数的精密测量最终可以确定腔与原子的耦合系数、腔场衰减率, 对决定系统的动力学特性具有重要的意义. 但是由于超高精细度光学微腔本身的构造和多层镀膜的特点, 高精度地确定其共振频率及有效腔长存在一定困难. 本文结合修正的多层介质膜模型, 实验上完成了膜层为37层的超高精细度光学微腔在不同共振频率下有效腔长的精密测量, 获得了超高精细度光学微腔的共振频率及波长; 理论计算分析与实验测量结果相符, 对纵模间隔的测量精度误差低于0.004 nm, 较为修正前提高了约两个量级. 同时给出了对应不同模式数下, 光波渗入到介质中的深度. 该方法可望应用到其他微共振器的精密测量中.

English Abstract

参考文献 (18)

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