大单光子 cooperativity 光机械系统中的临界量子涨落与光子反聚束

腔光机械中的一个相关问题为：达到大单光子 cooperativity regime（其中单光子耦合速率超过腔与机械衰减速率的几何平均）能否催生任何新现象。我们表明，在某些多模光机械系统中，单光子 cooperativity 确实可作为品质因数。我们首先研究一个含一个腔模与两个机械振子的系统，其结合了悬浮光机械与相干散射以及标准色散光机械的概念。随后，我们研究一个更复杂的装置，其包含三个腔模，不依赖悬浮光机械，仅具有带直接腔驱动的色散光机械相互作用。这些系统可有效实现量子光学中已知的简并或非简并参量振荡器模型，但在单光子 cooperativity 大时基模（们）的异常有限尺寸 regime。我们表明，这些系统对相干光学探针的响应即使在平均光子占据数低于 1 时也可在探针功率上高度非线性。非线性光机械相互作用有一个特殊后果：探针驱动将有效地自振幅压缩。对于大单光子 cooperativity，这发生于小占据数，从而由于相消干涉效应可观测透射探针光子的非经典反聚束。最后，我们表明当探针功率进一步增大时，系统进入以本征非线性动力学与非高斯态为特征的临界 regime。