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图1-1：彗尾的方向示意图。

1。1  腔光机械系统的理论简介

早在四个世纪之前，Johannes Kepler首先提出了光压的概念，他发现当彗星在靠近太阳的时候，彗星中的尘埃和气体分子由于受到了光辐射压力的作用产生慧尾，而彗尾则永远是朝着远离太阳的方向。由此，他大胆推测，飞行器可以像帆船凭借海风航行一样，利用“太阳风”在宇宙中航行。当今的科学研究已经表明，这种所谓的“太阳风”就是太阳光的辐射压力。但因为太阳距离地球太远了，阳光到达地球的功率密度仅剩 ，转化成光压的话只有 ，远远地低于一个标准大气压 ，所以大家都察觉不到它的存在。

回到现实当中，光与纳米机械振子正是通过光压这种形式而产生相互作用，普通的光机械系统就是用一个纳米光学腔和其中一个可运动的腔镜耦合构成，如图1-2所示。当以一束激光来驱动腔系统时，腔内那些来来回回反射的光产生的辐射压，会使得可移动腔镜偏离了它的平衡位置。同时，腔镜的任意位移会反过来改变了腔的长度，让腔膜偏离了它的原来的频率，因此将改变了循环光的强度。由于强辐射压的作用之下，腔镜的运动和内腔场强度相互调制，让这个系统形成了一个光与机械振子耦合的系统，这便是光机械系统。

图1-2: 光机械系统的模型示意图。

光机械系统在精密测量、量子光学、信息科学等领域有着很大潜在的应用价值。在过去的研究系统里，光与机械系统之间的相互作用常常会被忽略，这是由于光的作用力与机械系统的质量不处于同一个数量级上。但是现在，我们可以衡量被放在一个尺度上的光和微米及纳米级的机械系统，所以利用光对机械系统进行控制可以由理论成为现实。

1。2  三类典型的腔光机械系统文献综述

在过去的几年中，随着纳米科技的发展，国际上已经有多个研究小组实验上制备出多种光机械系统。在这些系统中取得了很多重要的成就，比如说实现了纳米机械振子的量子基态冷却、观察到了压缩态等非经典态、实现了强耦合、观察到了光机械诱导透明以及慢光效应等等。同时，因为在精密测量与高灵敏传感器方面，腔光机械系统有着非常重要的应用前景，所以近十几年以来，各种腔光机械系统得到人们广泛的研究。

（一）环形腔光机械系统

Kippenberg小组成功地实现了环形微波腔光机械系统。环形微波腔由于拥有很高的品质因子 ，所以它可以同时支持光学模式和机械模式，如图1-3（a）所示，光可以听过形成一个距离微腔很近的光纤与该光机械系统耦合，它们之间形成的耦合时自由空间中短暂的耦合，这将会在环行腔外的边缘形成WGM。处于这种模式中的光强烈耦合于环形腔中的机械模式，特别是RBM模式中，环形腔在径向不断伸缩，这样腔的直径就会随着时间的变化而拥有较小的改变。近几年来环形微腔中的机械模式冷却得到了广泛的研究，这种系统的特色便是它能够和一个低温保持器集成起来，能够预先冷却至液氮温度。在实验室中，这种系统中的声子数现已可以降低到n 63，利用辐射光压实现了对该机械振子的冷却。