1。2  腔光机械系统

1。2。1 腔光机械系统的基本原理

通常光-机械耦合一般表现为线性相互作用，而在应用价值更加丰富的非线性耦合方面的相互作用却很弱，现在人们利用高品质因子微光腔增强光力耦合，提高非线性相互作用。接下来我们用最原始的腔光系统--传统的Fabry-Perot（法布里-珀罗）腔来解说光学自由度与机械自由度是怎么样互相耦合在一起的。具体来看，它可以表示若干这种的腔光机械系统。

Fabry-Perot腔示意图。

如图1列出的标准的Fabry-Perot谐振腔,它左端镜面保持静止，但右端镜面可以受力产生振动。当有一束激光来作用于光腔的时候，光腔内光子来回往复振动产生的光场会导致对光腔有一个光压，致使产生一个作用力，它使右端镜面开始做微小的振动，作用相当于一个机械振子。但是光腔的长度也被改变了，这是因为镜面振动的反作用，同时腔内的光强分布也随之改变了。这一种动态互相耦合就形成了光机械系统。

 1。2。2  五种经典的腔光机械系统

在过去的几年中，随着纳米科技的研究进展，各国已经有多个研究小组在实验中研究出多种不同的光机械系统。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，由于在精密测量与高灵敏传感器等层面[1]，腔光机械系统有着十分重要的应用前景，所以这十几年以来，人们广研究泛腔光机械系统。下面我们来介绍五种经典的腔光机械系统。

    （一）含有一个移动镜子的光腔

    为了寻求这样的结构，人们把注意力集中在制造有良好的光学品质和较低的机械损耗的末端镜子。Aspelmeyer小组将一个多层介质布拉格反射镜安装在氮化硅微机械谐振子上，其中布拉格反射镜起到了法布里——珀罗腔中的一个可移动镜子的作用，见图1。可动反射镜的有效质量为，机械振子的基础频率为，机械品质因数，腔线宽，这样这个系统正好进入了可分辨边带区域()。从的温度开始，它们能够使用的制冷功率将机械运动冷却,使机械运动中的声子数目达到30。这个最小的声子数由机械振荡和热环境之间的热耗散来限制，这是可以由相应的低机械品质因子Q表示出来。

   （二）回音壁模式（WGM）微型环芯和微球

    如图2，3所示，在这个系统中，光可以通过瞬逝场耦合到硅环形或球形，并且通过内部反射装置反弹数次，构成一种自由空间的短暂耦合，这将创建一个高精细度的光学谐振腔[2]，光耦合到环形腔的径向呼吸模式(Radial Breathing Mode, RBM)，并改变光路长度。由于这些设备的尺寸（通常约为10微米）很小，它们的振动模式通常会在10-100MHz或者更高。文献综述

    图2 可做微小变形的环形微腔，其中通          图3 回音壁模式光机械腔是由有光传播的波

       过一个光纤来输入或输出光的信号。                     导和回音壁腔组成。

    在Kippenberg小组最近的工作中，他们制备了腔线宽为，和机械频率的硅胶微型环芯，完全进入了可分辨边带区域。用一个制冷机，从温度或者热声子数开始，加以的激光功率，它们能够使有效声子数冷却至63。由光吸收等因素引起的变热效应限制了冷却过程。后来，使用更高光学品质因子的环形腔，在的制冷机里从600mK的温度开始，他们将共振频率为70MHz的机械振子中的声子冷却数到9。最近，他们使用修改后微型环芯减少了机械阻尼和有效质量。用的制冷机使温度从600mK开始，他们将共振频率为78MHz频率的机械振子中的声子冷却数到1。7，这主要受到光学模式和机械模式之间的强耦合而产生的影响。