Optomechanical probing of heat-bath environment of a micromechanical harmonic oscillator

Alexey Trubarov

doi:10.25365/thesis.10879

You are here: University of Vienna PHAIDRA Detail o:1268135

Title (eng)

Optomechanical probing of heat-bath environment of a micromechanical harmonic oscillator

Parallel title (deu)

Optomechanische Untersuchung der thermischen Umgebung eines mikromechanischen harmonischen Oszillators

Author

Alexey Trubarov

Advisor

Markus Aspelmeyer

Assessor

Markus Aspelmeyer

Abstract (deu)

Mikromechanische Resonatoren spielen eine zunehmende Rolle in der experimentellen und theoretischen Quantenphysik. Jüngste Experimente bringen mikromechanische Systeme mehr und mehr in Richtung des Quantenregimes. Theoretische Prognosen sagen voraus, dass das Verhalten der Resonatoren im Quantenregime entscheidend von ihrer Kopplung an die Umgebung abhängt. Das Verständnis von der Kopplung an die Umgebung ist daher von großer Bedeutung für das Verständnis der Dekohärenz und des Verhaltens der mechanischen Quantensysteme. Theoretischer Teil befasst sich mit der Herleitung der Dynamik des mechanischen Oszillators linear gekoppelt an ein allgemeines thermisches Bad. Dabei wird ausgehend vom Caldeira-Leggett Modell Bewegungsgleichung aufgestellt und Spektraldichte des Bades eingeführt. Spektraldichte ist eine zentrale Größe bei der Beschreibung der Umgebung des mechanischen Systems. Es wird Abhängigkeit der messbaren Größen des mechanischen Oszillators von der Spektraldichte untersucht. Weiters wird deren Messprozess behandelt. Dies wird ermöglicht durch Kopplung des Oszillators an ein optisches Laserfeld. Durch Auslesen der optischen Quadraturen kann Dynamik des Oszillators und die Spekraldichte des Bades ausgelesen werden. Im experimentellen Teil der Diplomarbeit wird die Messung der optischen Quadraturen untersucht. Mit Methoden aus der mathematischen Statistik wird daraus Information über die Spektraldichte der Umgebung des mechanischen Oszillators gewonnen. Das Ergebnis ist eine negative Steigung der Spektraldichte für das konkrete mechanische System.

Abstract (eng)

Micromechanical resonators are playing an increasing role in experimental and theoretical quantum physics. Recent experiments are pushing micromechanical systems more and more towards the quantum regime. Theoretical predictions claim that the behaviour of resonators in the quantum regime crucially depends on their coupling to environment. Therefore the understanding of the environmental coupling is of great importance for understanding of the decoherence and the quantum behaviour of micromechanical systems. Theoretical part deals with the derivation of the dynamics of the mechanical oscillator linearly coupled to a general thermal bath and discusses the measurement of the mechanical system. Furthermore it provides corrections for wrong theoretical results found in the literature. The experimental part shows how information about the resonator’s environment can be obtained.

Keywords (eng)

quantum mechanicsenvironmentspectral densityharmonic oscillatoroptomechanicsmicromechanicaldecoherencethermal bathlangevin equations

Keywords (deu)

QuantenmechanikUmgebungSpektraldichteharmonischer OszillatorOptomechanikmikromechanischDekohärenzthermisches Bad

Subject (deu)

Quantenphysik

Subject (deu)

Quantenoptik, nichtlineare Optik

Subject (deu)

Experimentalphysik

Subject (deu)

Theoretische Physik: Sonstiges