基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法

1.本发明涉及腔光力学技术领域，具体是指基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法。

背景技术：

2.腔光力学是物理学的一个重要分支，研究光与机械运动之间可控辐射压力的相互作用。常见的光学腔有法布里-珀罗腔、回音壁模式光学微腔等，它们是通过光力耦合的，拉盖尔-高斯旋振腔是一种比较新颖的光学微腔，它是利用角动量与辐射场的交换来量子化经典扭转振子的旋转模式，结合使用光的线性动量，导致了同时量子化振动和旋转模式的振荡器使用相同的辐射场。
3.腔光力系统的实质是将光子以及声子联系起来，并在适当的参数范围内可以实现声子态和光子态的相互转换。在腔光力学领域内，通过探索光和机械运动之间的相互作用，可以在量子信息处理、量子通信、高精度测量等领域有许多潜在的应用，而实现这些的先决条件是将机械振子冷却到基态。现有的腔光力系统在使用过程中由于会产生交换加热和环境加热，造成系统使用的环境温度上升，降低系统的精度和使用效果。

技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，提供基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法，在实现其基态冷却的前提下，提出了动态耗散冷却方法，可以显著提高冷却速率和降低冷却极限，将机械振子冷却到量子基态，可以实现对量子的高精度测量，使得量子信息处理在量子技术方面有更加广泛的应用。
5.一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统，包括：自左向右依次为：固定输入耦合器、完全反射式移动后视镜、螺旋弹簧、机械振子；由强泵浦场和弱探测场驱动；
6.所述固定输入耦合器是刚性固定的，与完全反射式移动后视镜之间组成捕获原子束的光学谐振腔；
7.所述完全反射式移动后视镜与螺旋弹簧相连，工作时沿光学谐振腔轴振动和旋转；螺旋相位元件可反射或透射，用于改变激光束的角动量或“光电荷”，在高斯腔模式可以冷却反射镜的线性振动，实现与光场的光旋耦合；通过螺旋弹簧连接机械振子，充分影响反射镜的状态，增强基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统的反旋波项和能量交换的冷却过程，达到冷却的效果；所述螺旋弹簧提供使完全反射式移动后视镜沿z轴的振动恢复力以及与z轴方向相反的扭转。
8.进一步地，所述强泵浦场驱动强高斯光束，入射至固定输入耦合器，再由完全反射式移动后视镜接收；
9.所述弱探测场ε
p
作为探头检测系统的响应，作为ε
out
检测系统的输出域。
10.本发明化提供一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统的冷却方法，实现拉盖尔-高斯旋振腔的冷却首先完成完全反射式移动后视镜的基态冷却后实现动态耗散冷却，包括
以下步骤：
11.s1.带0电荷的拉盖尔-高斯光束入射到固定输入耦合器(1)上，不考虑反射分量，驱动谐振腔动作；
12.s2.带0电荷的拉盖尔-高斯光束经过固定输入耦合器(1)，到达完全反射式移动后视镜(2)后带电荷增加到+2l；
13.s3.带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束从完全反射式移动后视镜(2)反射回到固定输入耦合器(1)，穿过固定输入耦合器；
14.s4.带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束调节驱动场的强度，影响角动量交换的速率，使得完全反射式移动后视镜(2)发生角位移，从而使完全反射式移动后视镜(2)基态冷却完成；
15.s5.调节机械振子(4)的频率和拉盖尔-高斯旋振腔腔场与机械振子(4)的耦合强度，充分影响完全反射式移动后视镜(2)的运动，增强完全反射式移动后视镜(2)的基态冷却效果；
16.s6.增加腔模耗散速率，使得拉盖尔-高斯旋振腔中耗散冷却占据主导地位；
17.s7.周期性地调制腔模耗散速率，连续不断地抑制拉盖尔-高斯旋振腔交换加热，将平均声子数降低到稳态极限以下，实现拉盖尔-高斯旋振腔的动态耗散冷却。
18.进一步地，所述步骤s4中，在拉盖尔-高斯旋振腔场中，轨道角动量的转移增大到足以对宏观物体产生显著的影响，并可以显著地冷却他们的旋转运动。
19.进一步地，所述步骤s5中，增加腔模耗散速率的详细方法为：利用一种腔模耗散的资源，在拉盖尔-高斯旋振腔的类拉比振荡进行了半个周期以后，迅速增加腔模耗散速率κ，使得拉盖尔-高斯旋振腔从|n,m》能级跃迁到|n+1,m-1》，使得可逆的类拉比振荡过程中断，从而抑制加热效应。能级跃迁即为电子从某一能层(电子层/电子亚层)跃迁到另一能层。其间，电子完成基态、激发态之间的转变。低能级向高能级跃迁是吸收能量，此时拉盖尔-高斯旋振腔的发热降低。
20.进一步地，所述步骤s6中，周期性地调制腔模耗散速率需要在每次周期性的加入强耗散后，拉盖尔-高斯旋振腔周期性的初始化，使得声子数保持在瞬态冷却极限。
21.进一步地，所述类拉比振荡是在边带可分辨的条件下，即完全反射式移动后视镜的振动频率大于腔模耗散速率时，由于拉盖尔-高斯旋振腔的交换加热和冷却在交替时产生，使得环境声子数的时间演化呈现出周期性的类拉比振荡。
22.进一步地，所述瞬态冷却极限充分抑制了交换加热和环境加热，对比稳态冷却极限降低有2个数量级的冷却极限温度降低。
23.本发明的有益效果在于：
24.本发明提供一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法，将拉盖尔-高斯旋振腔内的完全反射式移动后视镜与螺旋弹簧连接后，沿光学谐振腔轴振动和旋转，充分影响腔内角动量的交换，达到基态冷却，在机械振子和完全反射式移动后视镜实现基态冷却的基础上，通过动态耗散调制的方法，利用腔模耗散这一有害的噪声项，达到冷却的效果，并显著地降低了稳态冷却极限，提高了稳态冷却速率，在量子信息处理、量子通信、高精度测量等领域有更多潜在的应用。
附图说明
25.图1为基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统结构图；
26.图2为基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统运行示意图；
27.图3为基于拉盖尔-高斯旋振腔冷却系统的冷却方法流程图；
28.其中：1、固定输入耦合器，2、完全反射式移动后视镜，3、螺旋弹簧，4、机械振子。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.根据腔场的衰减率小于或大于机械场的频率，基态冷却分为可分辨边带冷却和不可分辨边带冷却，动态耗散冷却方法基于边带可分辨冷却，可以很好的降低冷却极限和加快冷却速率，能够将稳态声子数降低两个数量级以上。
31.请参阅图1所示，一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统，包括：自左向右依次为：固定输入耦合器1、完全反射式移动后视镜2、螺旋弹簧3、机械振子4；由强泵浦场和弱探测场驱动；
32.所述固定输入耦合器1是刚性固定的，与完全反射式移动后视镜2之间组成捕获原子束的光学谐振腔；固定耦合器、完全反射式移动后视镜、螺旋弹簧、机械振子的中心轴线在同一条支线上。
33.所述完全反射式移动后视镜2与螺旋弹簧3相连，工作时沿光学谐振腔轴振动和旋转；可以沿光学谐振腔轴振动和旋转；完全反射式移动后视镜2为螺旋相位元件，可反射或透射，用于改变激光束的角动量或“光电荷”，在高斯腔模式可以冷却反射镜的线性振动，实现与光场的光旋耦合；通过螺旋弹簧3连接机械振子4，充分影响反射镜的状态，增强基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统的反旋波项和能量交换的冷却过程，达到冷却的效果；
34.所述螺旋弹簧3提供使完全反射式移动后视镜2沿z轴的振动恢复力以及与z轴方向相反的扭转。
35.请参阅图2所示，ε
l
表示强泵浦场，负责驱动强高斯光束，ω
l
是泵浦场的频率；ε
p
表示弱探测场，是探头检测系统的响应，ω
p
是探测场的频率，ε
out
作为探头检测系统的输出域；+2l和-2l表示拉盖尔-高斯旋振腔的腔内腔外在入射高斯光束后的电荷数量的变化；φ0表示完全反射式移动后视镜在没有入射高斯光束时的初始位置，φ为高斯光束入射后发生的角偏差；g表示拉盖尔-高斯光束。
36.带0电荷的拉盖尔-高斯光束g入射到固定输入耦合器上，不考虑反射分量，驱动谐振腔动作；带0电荷的拉盖尔-高斯光束g从完全反射式移动后视镜反射过来的带电荷增加到+2l；带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束g从完全反射式移动后视镜反射回到固定输入耦合器，穿过固定输入耦合器；带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束g调节驱动场的强度，影响角动量交换的速率，使得完全反射式移动后视镜2发生角位移，从而达到完全反射式移动后视镜2基态冷却的效果。调节机械振子4的频率和拉盖尔-高斯旋振腔腔场与机械振子4的耦合强度，充分影响完全反射式移动后视镜2的运动，增强完全反射式移动后视镜2的基态冷却效果；增加腔模耗散速率，使得拉盖尔-高斯旋振腔中耗散冷却占据主导地位；周期性地调制
腔模耗散速率，连续不断地抑制拉盖尔-高斯旋振腔交换加热，将平均声子数降低到稳态极限以下，实现拉盖尔-高斯旋振腔的动态耗散冷却。
37.泵浦固体激光器可以产生高功率、高光束质量的拉盖尔-高斯光束，形成强泵浦场，强泵浦场ε1驱动强高斯光束，入射至固定输入耦合器1，再由完全反射式移动后视镜2接收；
38.所述螺旋弹簧3提供沿z轴的振动恢复力以及与z轴方向相反的扭转。保证了基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统可以周期性的重复生效。
39.请参阅图3所示，本发明提供一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统的冷却方法，首先完成完全反射式移动后视镜的基态冷却后实现动态耗散冷却，包括以下步骤：
40.步骤s1.带0电荷的拉盖尔-高斯光束入射到固定输入耦合器上，不考虑反射分量，驱动谐振腔动作；打开拉盖尔-高斯光束发射器，拉盖尔-高斯光束入射至固定输入耦合器上，由于反射分散的拉盖尔-高斯光束占比较小，不考虑反射分量，拉盖尔-高斯光束驱动谐振腔动作。本发明中的谐振腔为圆柱形金属空腔。完全反射式移动后视镜的基态冷却：拉盖尔-高斯光束可以对微观粒子施加扭矩，入射的拉盖尔-高斯光束可以造成轨道角动量的转移实现拉盖尔-高斯旋振腔的冷却；
41.拉盖尔-高斯光束入射到固定输入耦合器上，会产生光束微粒，产生相应的势能和动能，哈密顿量是描述系统总能量的算符。基于拉盖尔-高斯旋振腔的哈密顿量函数模型如下：
[0042][0043]
式(1)中：h表示哈密顿量；
[0044]
表示：普朗克常数；
[0045]
a表示拉盖尔-高斯旋振腔的湮灭算符；
[0046]
ωc表示拉盖尔-高斯旋振腔的腔场频率；
[0047]
ω
φ
表示旋转镜子的振动频率；
[0048]
m表示机械振子的质量；
[0049]
ωz表示机械振子的振动频率；
[0050]gφ
表示光场和拉盖尔-高斯旋振腔的耦合强度；
[0051]gz
表示光场和机械振子的耦合强度；
[0052]
ω
l
表示泵浦场的频率；
[0053]
ω
p
表示探测场的频率；
[0054]
φ表示完全反射式移动后视镜的角位移；
[0055]
lz表示完全反射式移动后视镜的角动量；
[0056]
i表示拉盖尔-高斯旋振腔腔中心腔轴的惯性矩；
[0057]
q表示完全反射式移动后视镜的位移；
[0058]
p表示完全反射式移动后视镜的动量；
[0059]
t表示时间；
[0060]
e表示自然常数；
[0061]
h.c.表示的复共轭；
[0062]
式(1)中：第一项是拉盖尔-高斯旋振腔的自由哈密顿量，第二项是完全反射式移动后视镜的转动模型下的自由哈密顿量；第三项是振动模式下的自由哈密顿量，第四项表示光场的光旋耦合项；第五项表示旋转轴的辐射压力耦合项，第六项表示腔场与强泵浦场和弱探测场之间的相互作用。
[0063]
步骤s2.带0电荷的拉盖尔-高斯光束从完全反射式移动后视镜2反射过来的带电荷增加到+2l；
[0064]
步骤s3.带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束从完全反射式移动后视镜2反射回到固定输入耦合器1，穿过固定输入耦合器1；
[0065]
步骤s4.带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束调节驱动场的强度，影响角动量交换的速率，使得完全反射式移动后视镜2发生角位移，从而使完全反射式移动后视镜2完成基态冷却；
[0066]
步骤s5.调节机械振子4的频率和拉盖尔-高斯旋振腔腔场与机械振子4的耦合强度，充分影响完全反射式移动后视镜2的运动，增强完全反射式移动后视镜2的基态冷却效果；
[0067]
替换式(1)中的角动量、动量、角位移和位移的算符，得到和其中：b表示完全反射式移动后视镜旋转机械声子模式的湮灭算符；c表示机械振子的声子模式的湮灭算符；
[0068]
代入式(1)中得到线性化的哈密顿量，得到下式：
[0069][0070]
式(2)中：δ1表示光场的失谐量；
[0071]
g1表示线性化后的光场和拉盖尔-高斯旋振腔的耦合强度；
[0072]
g2表示线性化后的光场和机械振子失谐后的耦合强度；
[0073]
不考虑光旋耦合项，在弱耦合区，求出得到量子朗之万方程，再转换到频域中：
[0074][0075]
其中：κ表示腔模耗散速率；
[0076]
a表示拉盖尔-高斯旋振腔的湮灭算符；
[0077]
i表示虚数单位。
[0078]
将式(3)移项后即可得到：
[0079][0080]
光力的量子噪声谱是由自相关函数的傅里叶变换定义的，可由下式表示：
[0081]sff
(ω)＝∫dte
iωt
《f(t)f(0)》
ꢀꢀꢀ
(5)
[0082]
式(5)中：f(t)表示光场作用在机械振子上的力的函数；
[0083]sff
(ω)表示光力的量子噪声谱的函数；
[0084]
e表示自然常数；
[0085]
光场作用在机械振子上的力f(t)满足下式：
[0086][0087]
式(6)中：表示普朗克常数；
[0088]
x
zpf
表示机械模式的坐标算符；
[0089]
将式(6)带入到式(5)(5)可以得到光力噪声谱为：
[0090][0091]
式(7)中：ω
φ
表示旋转镜子的振动频率；
[0092]
ωz表示机械振子的振动频率；
[0093]
由式(7)所得速率方程为：
[0094][0095]
式(8)中：n表示声子数的本征态；
[0096]
γm表示机械振子的耗散系数；
[0097]
应用速率方程式(8)，得到的最终平均声子数满足下式：
[0098][0099]
式(8)、式(9)中：γc表示拉盖尔-高斯旋振腔的冷却速率，满足下式：
[0100]
γc＝g2[s
ff
(ωm)-s
ff
(-ωm)]
ꢀꢀꢀ
(10)
[0101]
将式(9)中的光力噪声谱替换，得到下式：
[0102][0103]
失谐δ1取ωz＝ω
φ
时拉盖尔-高斯旋振腔的完全反射式移动后视镜2可以达到基态冷却。由于完全反射式移动后视镜2和机械振子4的相互作用影响，当完全反
射式移动后视镜2和机械振子4具有相同振动频率时，可以同时得到最佳的冷却效果，在拉盖尔-高斯旋振腔的完全反射式移动后视镜2和机械振子4达到基态冷却后继续执行动态耗散冷却方法。
[0104]
步骤s6.增加腔模耗散速率，使得拉盖尔-高斯旋振腔中耗散冷却占据主导地位；
[0105]
步骤s7.周期性地调制腔模耗散速率，连续不断地抑制拉盖尔-高斯旋振腔交换加热，将平均声子数降低到稳态极限以下，实现拉盖尔-高斯旋振腔的动态耗散冷却。
[0106]
拉盖尔-高斯旋振腔的密度矩阵ρ的时间演化由量子主方程描述，可由下式表示：
[0107][0108]
将式(12)展开后得以得到
[0109][0110]
应用式(13)(13)，求得拉盖尔-高斯旋振腔的二阶矩算符平均值满足的协方差微分方程组的形式
[0111]
[0112][0113]
式(14)中：a表示拉盖尔-高斯旋振腔的湮灭算符；
[0114]
b表示完全反射式移动后视镜旋转机械声子模式的湮灭算符；
[0115]
c表示机械振子的声子模式的湮灭算符。
[0116]
式(14)中二阶矩算符即为所要求的稳态声子数。当拉盖尔-高斯旋振腔达到稳态时，协方差微分方程组左边的所有导数项均为0，可以通过代数求解出最终的稳态声子数的解析表达式，通过数值模拟仿真可得到冷却方案。使用计算机仿真软件，得到随时间变化的图形，得到按本发明方法操作的冷却模拟效果。
[0117]
通过求解上述量子主方程和协方差方法可以求得机械谐振器达到基态冷却的参数。在弱光旋耦合情况下，由于完全反射式移动后视镜和机械振子的相互作用影响，当完全反射式移动后视镜和机械振子具有相同振动频率时，可以同时得到最佳的冷却效果；在强光旋耦合情况下，求解主方程的方法，调节机械振子的各个参数，可以充分冷却完全反射式移动后视镜，参数包含：光与腔肠的耦合强度、腔场和机械振子的耦合强度。步骤s4中，在拉盖尔-高斯旋振腔中，轨道角动量的转移增大到足以对宏观物体产生显著的影响，并可以显著的冷却拉盖尔-高斯旋振腔的旋转运动，在冷却拉盖尔-高斯旋振腔的旋转运动的基础之上，添加动态耗散的冷却方法。通过使用自由载流子浓度调制方法来添加动态耗散冷却，人
为调制腔模耗散的参数，可以显著提升冷却的速率和降低冷却极限。
[0118]
为达到上述目的，在拉盖尔-高斯旋振腔进行半个类拉比振荡周期的时候，此时拉盖尔-高斯旋振腔的交换加热和交换冷却处于主导地位，步骤s5中，增加腔模耗散速率的详细方法为：加入大量的腔模耗散速率，中断拉盖尔-高斯旋振腔的类拉比振荡，使系统的|n,m》能级跃迁到|n+1,m-1》，增强了这一动态耗散的冷却过程，而将能级|n,m》跃迁到|n-1,m+1》的过程降低，从而抑制了交换加热的过程。能级跃迁即为电子从某一能层跃迁到另一能层。其间，电子完成基态、激发态之间的转变，低能级向高能级跃迁需要吸收能量，此时拉盖尔-高斯旋振腔的发热降低。
[0119]
类拉比振荡是在边带可分辨的条件下，即完全反射式移动后视镜的振动频率大于腔模耗散速率时，由于拉盖尔-高斯旋振腔的交换加热和冷却在交替时产生，使得环境声子数的时间演化呈现出周期性的类拉比振荡。步骤s6中，周期性地调制腔模耗散速率需要在每次周期性的加入强耗散κ后，拉盖尔-高斯旋振腔周期性的初始化，使得声子数保持在瞬态冷却极限。加入周期性的动态耗散调制，可以施加人为周期性的开启关闭的效果，不断地将稳态声子数降到瞬态冷却极限附近。瞬态冷却极限充分抑制了交换加热和环境加热，对比稳态冷却极限降低有2个数量级的冷却极限温度降低。周期性的动态耗散调制是指周期性的加入腔模耗散来打破连续加热的过程。打开动态耗散调制时，拉盖尔-高斯旋振腔将达到瞬态冷却极限，否则会回到稳态冷却极限。利用这一特点，周期性的开启动态耗散调制开关，使得拉盖尔-高斯旋振腔不断的初始化，可以突破现有的稳态冷却极限，拉盖尔-高斯旋振腔持续运转时间内更加靠近瞬态冷却极限，达到更好的冷却效果，使得拉盖尔-高斯旋振腔运转更加稳定。
[0120]
综上所述，本发明基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法，拉盖尔-高斯旋振腔的模型与传统光力耦合的方式不同，它是通过拉盖尔高斯光束的入射，使得腔场内不断交换电荷，达到促进腔场之间的相互作用，是一种光旋耦合腔。将拉盖尔-高斯旋振腔内的完全反射式移动后视镜与螺旋弹簧连接后，沿光学谐振腔轴振动和旋转，充分影响腔内角动量的交换，达到基态冷却，在机械振子和完全反射式移动后视镜实现基态冷却的基础上，通过动态耗散调制的方法，利用腔模耗散这一有害的噪声项，达到冷却的效果，并显著地降低了稳态冷却极限，提高了稳态冷却速率，在量子信息处理、量子通信、高精度测量等领域有更多潜在的应用。
[0121]
以上所述仅为本发明的实施例，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同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统，其特征在于：包括：自左向右依次为：固定输入耦合器(1)、完全反射式移动后视镜(2)、螺旋弹簧(3)、机械振子(4)；由强泵浦场和弱探测场驱动；所述固定输入耦合器(1)是刚性固定的，与完全反射式移动后视镜(2)之间组成捕获原子束的光学谐振腔；所述完全反射式移动后视镜(2)与螺旋弹簧(3)相连，工作时沿光学谐振腔轴振动和旋转；螺旋相位元件可反射或透射，用于改变激光束的角动量或“光电荷”，在高斯腔模式可以冷却反射镜的线性振动，实现与光场的光旋耦合；通过螺旋弹簧(3)连接机械振子(4)，充分影响反射镜的状态，增强基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统的反旋波项和能量交换的冷却过程，达到冷却的效果；所述螺旋弹簧(3)提供使完全反射式移动后视镜(2)沿z轴的振动恢复力以及与z轴方向相反的扭转。2.根据权利要求1所述的一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统，其特征在于：所述强泵浦场驱动强高斯光束，入射至固定输入耦合器(1)，再由完全反射式移动后视镜(2)接收；所述弱探测场ε
p
作为探头检测系统的响应，作为ε
out
检测系统的输出域。3.一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却方法，其特征在于：实现拉盖尔-高斯旋振腔的冷却首先完成完全反射式移动后视镜的基态冷却后实现动态耗散冷却，包括以下步骤：s1.带0电荷的拉盖尔-高斯光束入射到固定输入耦合器(1)上，不考虑反射分量，驱动谐振腔动作；s2.带0电荷的拉盖尔-高斯光束经过固定输入耦合器(1)，到达完全反射式移动后视镜(2)后带电荷增加到+2l；s3.带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束从完全反射式移动后视镜(2)反射回到固定输入耦合器(1)，穿过固定输入耦合器；s4.带+2l电荷的拉盖尔-高斯光束调节驱动场的强度，影响角动量交换的速率，使得完全反射式移动后视镜(2)发生角位移，从而使完全反射式移动后视镜(2)基态冷却完成；s5.调节机械振子(4)的频率和拉盖尔-高斯旋振腔腔场与机械振子(4)的耦合强度，充分影响完全反射式移动后视镜(2)的运动，增强完全反射式移动后视镜(2)的基态冷却效果；s6.增加腔模耗散速率，使得拉盖尔-高斯旋振腔中耗散冷却占据主导地位；s7.周期性地调制腔模耗散速率，连续不断地抑制拉盖尔-高斯旋振腔交换加热，将平均声子数降低到稳态极限以下，实现拉盖尔-高斯旋振腔的动态耗散冷却。4.根据权利要求3所述的一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却方法，其特征在于：所述步骤s4中，在拉盖尔-高斯旋振腔场中，轨道角动量的转移增大到足以对宏观物体产生显著的影响，并可以显著地冷却他们的旋转运动。5.根据权利要求3所述的一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却方法，其特征在于：所述步骤s5中，增加腔模耗散速率的详细方法为：利用一种腔模耗散的资源，在拉盖尔-高斯旋振腔的类拉比振荡进行了半个周期以后，迅速增加腔模耗散速率，使得拉盖尔-高斯旋振腔从|n,m>能级跃迁到|n+1,m-1>，使得可逆的类拉比振荡过程中断，从而抑制加热效应。
6.根据权利要求3所述的一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却方法，其特征在于：所述步骤s6中，周期性地调制腔模耗散速率需要在每次周期性的加入强耗散后，拉盖尔-高斯旋振腔周期性的初始化，使得声子数保持在瞬态冷却极限。7.根据权利要求5所述的一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却方法，其特征在于：所述类拉比振荡在完全反射式移动后视镜的振动频率大于腔模耗散速率时，由拉盖尔-高斯旋振腔的交换加热和冷却在交替时产生，使得环境声子数的时间演化呈现出周期性的类拉比振荡。8.根据权利要求6所述的一种基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却方法，其特征在于：所述瞬态冷却极限充分抑制交换加热和环境加热，对比稳态冷却极限降低2个数量级的冷却极限温度。

技术总结

本发明公开了基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法，基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统包括：自左向右依次为：固定输入耦合器，完全反射式移动后视镜，螺旋弹簧、机械振子；由强泵浦场和弱探测场驱动；本发明提供一种基于拉盖尔-高斯旋振腔冷却系统的动态耗散冷却方法，将拉盖尔-高斯旋振腔内的完全反射式移动后视镜与螺旋弹簧连接后，沿光学谐振腔轴振动和旋转，充分影响腔内角动量的交换，达到基态冷却，然后通过动态耗散调制的方法，利用腔模耗散这一有害的噪声项，达到冷却的效果，并显著地降低了稳态冷却极限，提高了稳态冷却速率，在量子信息处理、量子通信、高精度测量等领域有更多潜在的应用。度测量等领域有更多潜在的应用。度测量等领域有更多潜在的应用。