图1。2 FP腔光力学系统

2  腔光力学的起源

虽然量子电动力学是1960年激光诞生之后才发站起来的学科，但是腔量子电动力学的起源却可以追溯到1946年purcell的理论计算预言导电界面附近原子的自发辐射率要大于其在自由空间中的情况。真正奠定腔量子电动力学的理论框架却是在二十年之后，也就是到20世纪七八十年代对宏观大尺度的宇宙现象——引力波的观测研究,由于对引力波干涉仪测量精度的苛刻要求,使得腔光力学研究不得不进入微观量子区域。原本极为微弱的电磁辐射压效应经谐振腔放大后驱动腔镜做机械振荡,即构成一个基本的腔光力学系统。该系统与同样在近年来发展迅速的微纳机电技术和超冷原子物理结合之后,使得系统参量与尺度跨越了宏观与微观的界限。其力学结构的振荡频率和有效质量取值都覆盖了极为宽广的范围,分别为 — Hz和 — g（如图2。1）,而电磁辐射也跨越了微波和光的波段。这使得腔光力学这样一个简单的系统成为了一个精密操控、测量力学运动，进而深入探索微观世界本质及其与宏观世界联系的研究平台。尽管对引力波的测量尚未取得成功，但是腔光力学的研究却在量子物理领域有着重要应用，在量子力学基础理论和量子信息处理等应用领域都发展迅速，尤其是近来利用腔光力学系统中的非线性多稳特性[ ]在量子测量研究中取得了不少阶段性的成果，展示出了广阔的应用和非常好的前景。

图2。1腔光力学系统中的各种力学振子的固有频率和质量分布图

3  腔光力学目前的发展及研究现状

3。1 腔量子电动力学

随着制造工艺的不断进步，腔光力学系统中的力学振子的频率已经从赫兹量级发展到了兆赫兹量级，质量也在不断的变小，从千克量级发展到了 克量级。此外，由于腔光力学系统在量子信息以及精密测量等方面具有非常重要的应用价值，所以人们对各种腔光力学系统进行了广泛而深入的研究，例如：冷却力学振子到基态，力学振子对光场的调制，Casimir力的测量等。这些系统能够用来实现宏观物体上的量子现象的观测、实现宏观物体的量子性质的调控，验证量子力学的基本规律，进一步加深人们对这些基本规律的理解以及应用，例如实现压缩态、纠缠态等非经典态的制备。

腔量子电动力学是一门研究在腔中实物粒子（通常是原子）和电磁场（即光子）相互作用的学科，它阐述了原子与光子在狭小的腔内所表现出来的与在自由空间完全不同的基本行为，描述了实物粒子与电磁场在腔内所表现出来的与自由空间完全不同的动力学行为。腔量子电动力学的主要工作原理是将俘获的原子（离子）束缚在腔中，把原子能态作为量子信息存储单元，这样，腔内的原子（离子）便会与腔膜发生耦合相互作用（见图3。1）文献综述

图3。1  原子与光场在腔内的相互作用图

其中，y、g和k分别代表原子的衰减速率、原子与腔场相互作用的耦合常数和腔场的衰减速率。所谓腔就是指一个光学的或微波的共振系统，它的作用是改变原子自发辐射率。对于腔量子电动力学来说，强的品质因素和腔的体积是至关主要的。因为高品质的腔能够使原子-光子系统与环境很好的隔离，使得周围的环境对系统的影响大大的削弱，这样便能很好的保持其相干性。有了腔的帮助，我们便可以控制原子与光场的量子态，大大减小退相干。

腔量子电动力学的核心问题是不仅要把原子量子化,而且要把腔场也量子化。在场和原子的系统中必 须考虑场与原子的相互溯, 系统算符应有三项组成: