1.本发明涉及量子光学和量子信息领域，具体是一种基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置和方法。
背景技术：
2.近年来，随着人们对光与物质相互作用的各种量子效应有了更深入的理解，光量子器件的研究成为了量子信息技术发展中必不可少的一环。为了突破制约光量子信息技术走向实际应用的瓶颈，人们越来越关注光机械系统构成的量子器件在量子信息和量子通信等方面的应用，特别是光机械系统呈现的光力诱导透明为实现信息存储，快慢光以及光开关等量子器件的实用化提供了理论依据。
3.混合量子系统被美国《物理评论》社论评价为“未来数十年内孕育量子科学重大发现的温床”，可以构建各种新型人工量子器件。因为没有哪个单一类型的量子系统可以满足实现量子计算、量子通信和量子精密测量等量子技术的所有要求。因此，发展混合量子系统，把不同量子系统的独特优势结合起来，成为实现量子技术的现实需要。因此光机械系统耦合原子系统构造的的混合量子相干器件，可实现更为丰富的物理功能，因此在原子辅助光机械系统中研究群延迟时间成为热点课题。
技术实现要素：
4.本发明目的在于提供一种基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置和方法。由于驱动激光入射到原子辅助光机械系统中，在腔内产生光压，从而使得腔场、原子和薄膜振子三模耦合相互作用，导致腔内部光场发生非线性变化。这种改变使得输出光的群延迟时间随之产生变化，现阶段很少存在调控群延迟时间周期性变化的实验装置。本发明通过在薄膜振子上耦合辅助激光，引入相位调控，可分别在红失谐和蓝失谐下，对系统群延迟时间进行周期性调控，从而能进一步实现慢光或快光现象，为光开关、光存储和光路由等量子相干器件的制造提供指导。
5.本发明是通过以下技术方案实现的，基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置和方法，包括：第一连续波单频激光器、第二连续波单频激光器、第三连续波单频激光器、第一固定平凹镜、薄膜振子、二能级原子系综和第二固定平凹镜；其中，第一固定平凹镜和第二固定平凹镜凹面相对放置，二者中间垂直放置薄膜振子，薄膜振子和和第二固定平凹镜之间放置二能级原子系综，构成原子辅助光机械系统；第一连续波单频激光器和第二连续波单频激光器放置于第一固定平凹镜的平面侧，连续波单频激光器放置于薄膜下侧；左侧输出的反射光入射到第一探测器iccd，右侧输出的透射光入射到第二探测器iccd，两个探测器与计算机相连接。
6.其中，第一连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ωd的tem00模的激光；所述第二连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ωp的tem00模的激光；所述第三连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ω
f的tem00模的激光。
7.其中，法原子辅助光机械系统中，第一固定平凹镜和第二固定平凹镜固定放置，两者形成的腔场以本征频率ωc进行振荡，薄膜振子以本征频率ωm进行振动，二能级原子系综以本征频率ωa进行振动。
8.其中，薄膜振子使原子辅助光机械系统分成左右两个分腔，第一固定平凹镜与薄膜振子构成一个分腔，薄膜振子、二能级原子系综与第二固定平凹镜构成另一个分腔。当第一单频激光器出射的激光通过第一固定平凹镜入射原子辅助光机械系统内时，光与薄膜振子发生相互作用，光压迫使薄膜振子发生受迫振动，产生光力耦合，振动时薄膜振子位置的改变使两个分腔的腔长发生相应变化，导致腔场发生变化，从而使得腔场、介质薄膜和二能级原子系综之间形成动态耦合。
9.本发明是通过以下技术方案实现的，基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置和方法，利用如前述技术方案所述的装置进行群延迟时间的测量和调控，包括如下步骤：
10.第一连续波单频激光器作为驱动光源，输出的频率为ωd激光横模为tem00模并注入原子辅助光机械系统中；
11.频率为ωd的驱动光入射到原子辅助光机械系统的光学腔内后，在第一固定平凹镜和第二固定平凹镜之间的空腔来回反射形成振动频率为ωc的驻波腔场，腔场与薄膜振子和二能级原子系综相互作用，光的辐射压力迫使薄膜振子以本征频率ωm发生振动，产生光力耦合，薄膜振子散射作用在光学腔中产生两个边带：红失谐边带ωc-ωd＝ωm与蓝失谐边带ωc-ωd＝-ωm；
12.第三连续波单频激光器作为辅助光源，输出的频率为ωf横模为tem00模的激光直接与薄膜振子耦合；调节辅助光源与探测光源相位差，影响系统的光力耦合效应，改变整个系统的吸收和色散性质，从而使得群延迟时间随相位的改变呈周期性变化。
13.第二连续波单频激光器作为探测光源，输出的频率为ωp激光横模为tem00模并注入原子辅助光机械系统中，系统左侧输出的反射光信号传输到探测器iccd上，系统右侧输出的透射光信号传输到探测器iccd上，透射光谱和反射光谱显示在计算机，计算分别在红失谐和蓝失谐下，得到左右两侧输出的反射光和透射光的群延迟时间。
14.区别于现有技术，本发明提供了一种基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置和方法，该装置包括该装置包括三台激光器，两个具有相同透射率的固定腔镜以及束缚其中的n个全同二能级冷原子系综和一个可移动的薄膜振子。当强驱动光入射原子辅助光机械系统中，使得系统光腔内产生光压，从而使得腔场与原子发生相互作用，同时光压使薄膜振子发生被迫振动，进而形成腔场、原子以及薄膜振子之间的三模耦合，形成了原子辅助光机械系统。本发明应用介质薄膜腔光机械系统耦合原子系统构造了混合量子相干器件，利用辅助激光直接耦合薄膜振子，引入相位调控，分别在红失谐和蓝失谐驱动下，通过输入输出关系，理论计算出左右两侧输出光的群延迟时间，从而实现对系统群延迟时间的周期性调控。此发明可以为信息存储，快慢光以及光开关等量子相干器件的实用化奠定基础，在复杂的量子信息传输中具有重要的应用价值。
附图说明
15.图1为本发明的基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置的结构示意图；
16.图2为本发明在红失谐驱动下，理论模拟的左侧输出的反射光群延迟时间随相位呈现的周期性变化的示意图；
17.图3为本发明在蓝失谐驱动下，理论模拟的左侧输出的反射光群延迟时间随相位呈现的周期性变化的示意图。
18.图1中：第一连续波单频激光器(1)、第二连续波单频激光器(2)、第三连续波单频激光器(3)、第一固定平凹镜(4)、薄膜振子(5)、二能级原子系综(6)、第二固定平凹镜(7)、第一探测器iccd(8)、第二探测器iccd(9)、计算机(10)。
具体实施方式
19.下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
20.如图1所示的基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的装置，包括：第一连续波单频激光器(1)、第二连续波单频激光器(2)、第三连续波单频激光器(3)、第一固定平凹镜(4)、薄膜振子(5)、二能级原子系综(6)和第二固定平凹镜(7)；其中，第一固定平凹镜(4)和第二固定平凹镜(7)凹面相对放置，二者中间垂直放置薄膜振子(5)，薄膜振子(5)和和第二固定平凹镜(7)之间放置二能级原子系综(6)，构成原子辅助光机械系统；连续波单频激光器(1)和(2)放置于第一固定平凹镜(2)的平面侧，连续波单频激光器(3)放置于薄膜(5)下侧；左侧输出的反射光入射到第一探测器iccd(8)，右侧输出的透射光入射到第二探测器iccd(9)，两个探测器与计算机(10)相连接。
21.其中，第一连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ωd的tem00模的激光；所述第二连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ωp的tem00模的激光；所述第三连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ωf的tem00模的激光。
22.其中，法原子辅助光机械系统中，第一固定平凹镜和第二固定平凹镜固定放置，两者形成的腔场以本征频率ωc进行振荡，薄膜振子以本征频率ωm进行振动，二能级原子系综以本征频率ωa进行振动。
23.其中，薄膜振子使原子辅助光机械系统分成左右两个分腔，第一固定平凹镜与薄膜振子构成一个分腔，薄膜振子、二能级原子系综与第二固定平凹镜构成另一个分腔。当第一单频激光器出射的激光通过第一固定平凹镜入射原子辅助光机械系统内时，光与薄膜振子发生相互作用，光压迫使薄膜振子发生受迫振动，产生光力耦合，振动时薄膜振子位置的改变使两个分腔的腔长发生相应变化，导致腔场发生变化，从而使得腔场、介质薄膜和二能级原子系综之间形成动态耦合。
24.图2所示为红失谐驱动下，理论模拟的左侧输出的反射光和右侧输出的透射光的群延迟时间随相位呈现的周期性变化的示意图；由理论模拟可看出随之相位不同，虚线的
反射光的群延迟时间和实线的透射光的群延迟时间随之变化，并呈现出周期性变化，当群延迟时间如果大于零，则系统将表现出慢光现象，群延迟时间如果小于零，则为快光现象。
25.图2所示为蓝失谐驱动下，理论模拟的左侧输出的反射光和右侧输出的透射光的群延迟时间随相位呈现的周期性变化的示意图；由理论模拟可看出随之相位不同，虚线的反射光的群延迟时间和实线的透射光的群延迟时间随之变化，并呈现出周期性变化，当群延迟时间如果大于零，则系统将表现出慢光现象，群延迟时间如果小于零，则为快光现象。
26.综合图2与图3，此发明不管是在红失谐驱动下还是蓝失谐驱动下，随着相位不同，原子辅助的光机械系统的透射光和反射光群延迟时间都呈现出周期性改变。
27.本发明还提供了一种基于相位调控原子辅助光机械系统群延迟时间的方法，利用如前述技术方案所述的装置进行群延迟时间的测量和调控，包括如下步骤：
28.第一连续波单频激光器(1)作为驱动光源，输出的频率为ωd激光横模为tem00模并注入原子辅助光机械系统中；
29.频率为ωd的驱动光入射到原子辅助光机械系统的光学腔内后，在第一固定平凹镜(4)和第二固定平凹镜(7)之间的空腔来回反射形成振动频率为ωc的驻波腔场，腔场与薄膜振子(5)和二能级原子系综(6)相互作用，光的辐射压力迫使薄膜振子(5)以本征频率ωm发生振动，产生光力耦合，薄膜振子(5)散射作用在光学腔中产生两个边带：红失谐边带ωc-ωd＝ωm与蓝失谐边带ωc-ωd＝-ωm；
30.第三连续波单频激光器(3)作为辅助光源，输出的频率为ωf横模为tem00模的激光直接与薄膜振子(5)耦合；调节辅助光源与探测光源相位差，影响系统的光力耦合效应，改变整个系统的吸收和色散性质，从而使得群延迟时间随相位的改变呈周期性变化。
31.第二连续波单频激光器(2)作为探测光源，输出的频率为ωp激光横模为tem00模并注入原子辅助光机械系统中，系统左侧输出的反射光信号传输到探测器iccd(8)上，系统右侧输出的透射光信号传输到探测器iccd(9)上，透射光谱和反射光谱显示在计算机(10)，计算分别在红失谐和蓝失谐下，得到左右两侧输出的反射光和透射光的群延迟时间。
32.本发明的核心是产生一种周期性变化的群延迟时间的装置，它所产生的周期性变化的群延迟时间可适合应用于量子信息网络和量子通讯领域。
33.区别于现有技术，本发明应用介质薄膜腔光机械系统耦合原子系统构造了混合量子相干器件，利用辅助激光直接耦合薄膜振子，引入相位调控，分别在红失谐和蓝失谐驱动下，通过输入输出关系，理论计算出左右两侧输出光的群延迟时间，从而实现对系统群延迟时间的周期性调控。此发明可以为信息存储，快慢光以及光开关等量子相干器件的实用化奠定基础，在复杂的量子信息传输中具有重要的应用价值。
34.以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本
发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。