论文被接收了


我六月份投稿的论文已经被PRA接收了,这也将是我博士期间发表的第四篇PRA。这篇论文研究了相位噪声这个激光冷却机械振子的技术问题,提出了一个解决方案,可以缓解这个技术问题,帮助我们冷却振子到基态,然后讨论了测量量子区域附近的机械振子热声子数的一个理论方案。

这个工作源自冷却机械振子的一个困难。人们发现, 冷却机械振子时,驱动光的相位噪声影响很大。初步估计,如果希望冷却振子到基态,需要驱动光的谱线宽度远小于1赫兹。这在实验上是不可能的。我们发现,如 果引人两个腔模与同一个振子模耦合,腔模的频率差正好等于振子模的频率。那么在边带可分辨条件满足的情况下,相位噪声被压缩了(ωm/γ)2倍。这里的ωm是振子频率,γ是光学腔的衰减率。由于这种改善,相位噪声的影响被大大压缩。根据估计,目前实验上可以买到的带宽1000赫兹的激光其相位噪声应该不会妨碍我们冷却振子到基态。这个结果对提高冷却效率,降低冷却温度应该有所帮助。

接下来,我们也讨论了如何测量量子区域的热声子数。目前已经有成熟的实验方案来测量振子冷却后的声子数。为什么我们还要提出一个新的方案呢?因为现 有的技术要求测量声子的噪声谱,要比较初始和末了时的噪声谱,从而得到声子的温度。这个方案有一个最低的可测量温度,由背景噪声限制而得。我们提的方案类 似于离子阱系统中测量声子的技术。我们测量的是红边带和蓝边带的散射输出光的强度。根据这个强度之比,我们可以算出热声子数。我们的方案不需要知道环境的 温度,也不需要测量噪声谱。更关键的是,我们的方案只在振子降温到量子区域附近后才变得精确和可靠。虽然目前还没有实验把振子降温到量子区域,但是我们希 望未来实现这个目标后,我们的测量方案能够在实验中发挥作用。

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生离死别


还有一个月就要回国了,如果要形容我现在的心情的话,就是生离死别

在美国的这两年,我经历好几次生离死别之苦。出国前,外婆就已经是癌症晚期了。出国后一个来月,外婆就走了。我实在不忍回忆最后一次见到外婆时的情形。外婆已经病了好久了,我多少也有一些心理准备。爷爷的突然故去却是让我无法接受的。爷爷身体一直比较好,可是去年中风之后,就大不如前了。就在上个月底,爷爷突然再次中风。在医院抢救了十几天后,由于并发症,去世了。古人为什么说“父母在,不远游”,以及为什么把生离与死别放在一起,都作为人生最大的痛苦,我今天终于明白了。

上大学后每回放假回家,我都会去爷爷家,外婆家给爷爷奶奶,外公外婆问好。因为我知道,这样的机会不多了。确实不多了,现在已经没有这样的机会了。我回国后想跟爷爷和外婆问好,他们又在哪里呢?只能在坟头祭拜,哭泣。现在相互挂念之苦,可以通过打电话,视频聊天来消解。生离之苦,在于人生的无常:生离化作死别,也许就是一瞬间。然后我只能无奈的从话筒中听到亲人故去的消息。收殓,出殡,火化,埋葬,这一切都只能听着,想象着。因为我与家乡隔了一个太平洋,不可能马上回来。

回国后,又何尝不是另外一次生离死别呢。我得跟在安娜堡这两年所结识的朋友说再见。此次一别,再会真是遥遥无期!

离子阱中的声学激光


早在激光发明后不久,人们就在寻求其在其他系统中的对应物,比如说,声学激光,或者我们可以称之为“激声”。固体中的震动,一般是处于杂乱无张的状态的,比如热平衡态。声学激光,需要外加驱动引起振子的受激震动(对应于激光器中原子的受激辐射)。多年来,有关激声的理论方案有很多,比如离子阱,半导体系统,纳米机械系统,纳米磁系统,等等。实验上在半导体超晶格等系统中也看到了有关声学激光的某些标志。最近,在《自然 物理学》的网络版中,发表了一篇名为《声子激光器》的论文,来自德国和美国的作者们在Paul离子阱系统中用镁离子实现了一个可控的声学激光器。

我们都知道,在离子阱系统中,如果用红失谐光照射,会给系统降温,而用蓝失谐光照射会加热系统。但是详细的实验与理论发现,蓝光照射并不总是在加热振子的,也有可能引起振子的受激震荡。当驱动光超过一定的阈值后,振子的运动就从纯粹随机的布朗运动转化为相位相干的震动。不过与通常的激光器不同的地方在于,这个离子激声并没有输出,激声始终束缚在离子中,与外界没有耦合。论文把这称为一个零维的激声系统。这篇论文只描述了含有一个离子的实验。实际上,离子阱中可以含有多个离子,包含多个震动模式。通过驱动,我们可以让这些震动模式耦合起来,同时也可以激发出激声来,我们可以看到激声在这些震动模之间的传播。于是,通过这种可控的方式,我们可以看到激声系统从零维到高维的转化。

Vahala, K., Herrmann, M., Knünz, S., Batteiger, V., Saathoff, G., Hänsch, T., & Udem, T. (2009). A phonon laser Nature Physics DOI: 10.1038/nphys1367