Optomechanical light storage in a silica microresonator
光机械谐振器中的光学和机械激发之间的相干相互转换可以用于将光脉冲存储为机械振荡器中的激发。这种光机械光存储是由外部写入和读出脉冲在一个机械频率低于光学谐振。在本文中，我们扩大了早期的实验研究[物理。107，133601（2011）]关于将光脉冲作为径向呼吸模式存储在二氧化硅微球中。我们发现，外差拍拍之间的读出脉冲和相应的检索脉冲功能的周期性振荡与一个明确的相位和机械频率给出的拍频周期，直接展示了光存储过程的相干性。相干相互转换加速与增加光机耦合率，提供了一个有效的机制，定制的时间轮廓的检索脉冲。在几乎相同的条件下对光存储和光机械诱导透明的实验研究也说明了这两个密切相关的过程之间的联系。
2013-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Neodymium Photoluminescence in Whispering Gallery Modes of Toroidal Microcavities
我们报告从高Q钕注入硅微环的光发射。在描述了微环的制作工艺之后，分析了钕的发光。这种发射耦合到各种腔模式。利用倏逝波耦合，我们实现了选择性检测微环的回音壁模式。
2008-11-14 physics.optics quant-ph
Cooling the Motion of a Silica Microsphere in a Magneto-Gravitational Trap in Ultra-High Vacuum
悬浮光学机械系统，特别是被困在真空中的粒子，为研究与环境隔离的物体的机械行为提供了独特的平台。最终，这样的系统可能使研究量子力学、引力和其他弱力的基本问题成为可能。虽然纳米颗粒的光学捕获已经成为典型的悬浮光学机械系统，但由于所需的高光强的加热，特别是当与高真空环境结合时，它并非没有问题。本文研究了超高真空中的磁引力阱。与光阱相比，我们利用永磁体产生的磁场和引力相互作用，为反磁性粒子创造了一个完全被动的陷阱。我们证明了冷却的质心运动的被困的二氧化硅微球从环境温度到一个有效的温度接近或低于一毫开尔文在两个自由度的光学反馈阻尼。
2018-02-09 quant-ph
Optomechanics and thermometry of cryogenic silica microresonators
我们目前的测量二氧化硅光机械谐振器，被称为瓶谐振器，被动冷却在低温环境中。这些器件具有一系列特性，使它们有利于在机械基态下的制备和测量，包括高机械频率、高光学和机械品质因数以及光学机械边带分辨率。进行温度测量的机械运动，我们发现，光学和机械模式表现出定量相似的激光诱导加热，限制观察到的最低平均声子占有仅~1500。在9 mK的热浴中进行热处理将有助于对这些有前途的纳米级机械谐振器进行量子测量。
2015-09-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical Ramsey Interferometry
本文采用Ramsey的分离振荡场方法研究光机械谐振腔中力学系统的相干性。在发射光场中，当两个脉冲在时间上分开时，观察到高分辨率的Ramsey条纹。我们发展了一个理论来描述拉姆齐条纹下的瞬态光机行为。我们还使用石英微谐振器进行了实验演示。该方法具有通用性，可用于不同类型的机械谐振器、机电谐振器。
2014-08-22 physics.optics quant-ph
Optomechanical sideband cooling of a micromechanical oscillator close to the quantum ground state
将介观力学振子冷却到其量子基态是制备和控制大尺度物体低熵量子态的基础。在这里，我们预冷70 MHz的微机械石英振荡器的占用低于200量子的热化它与600 mK的冷3 He气体。通过结构缺陷态的两能级系统诱导的阻尼被证明是强烈减少，同时作为一种新的测温方法，独立量化由于冷却激光器的过度加热。我们证明了动力学反作用边带冷却可以将平均占有率降低到9+-1个量子，这意味着可以在其量子基态中找到（10+-1）%的时间。
2010-11-01 quant-ph
Advances in quantum optomechanical control based on cavity cold-atom systems
Huzhou University（湖州大学）；Gannan Normal University（赣南师范大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）；Hunan Normal University（湖南师范大学）
本文综述基于腔冷原子系统的量子光机械控制进展，概述相关原理与耦合实验实现，介绍其在高精度量子传感等领域的应用，并展望该领域的未来方向与挑战。
2026-10-14 quant-ph
Nonreciprocal light transmission in parity-time-symmetric whispering-gallery microcavities
结合平衡损耗和增益分布的光学系统提供了一个独特的平台，以实现由非厄米宇称-时间-（PT-）对称哈密顿算子描述的量子系统的经典类似物，并产生具有新特性的新合成材料。到目前为止，PT对称光学系统的实验工作一直局限于波导中的谐振不发挥作用。在这里，我们报告的第一个演示PT对称性破缺的光学谐振腔系统，通过使用两个直接耦合的片上光学回音壁模式（WGM）微环石英谐振器。其中一个谐振器的增益是通过光泵浦嵌入在二氧化硅基质中的铒（Er 3+）离子来提供的;另一个谐振器表现出无源损耗。谐振器之间的耦合强度通过使用纳米定位平台来调整它们的距离。我们已经观察到的PT对称系统在线性制度的互易行为，以及过渡到非互易的PT破缺相变由于显着增强的非线性对称性相。我们的研究结果代表了新一代合成光学系统的重大进展，使片上操作和控制光传播。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Transmittance and near-field characterization of sub-wavelength tapered optical fibers
我们已经生产了高传输的亚波长锥形光纤的目的回音壁模式耦合在熔融石英微腔在780 nm。详细分析了拉锥过程中光纤透射率的变化，精确地反映了光纤中的模式耦合和截止。这允许控制最终尺寸、导模的数量及其有效折射率。这些结果通过对所得到的锥度进行倏逝波映射测量来检查。
2008-02-20 quant-ph
Radiation-pressure cooling and optomechanical instability of a micro-mirror
最近在桌面实验或引力波干涉仪的实验进展，启发了独特的位移灵敏度提供的光学干涉。当反射镜响应于辐射压力而移动时，更高的功率操作虽然对于进一步提高灵敏度至关重要，但是将增加辐射压力的量子效应，或者甚至危及为下一代干涉仪提出的失谐腔的稳定操作。这种光学机械不稳定性的出现是反射镜的运动与光场动力学之间的非线性相互作用的结果。实际上，在失谐腔中，反射镜的位移耦合到强度波动，这修改了反射镜的有效动力学。这种“光学弹簧”效应已经在具有移动壁的电磁波导的机械阻尼、特别设计的弯曲振荡器的谐振频率以及通过二氧化硅微环形谐振器的光学机械不稳定性上得到了证明。我们在这里提出了一个实验，其中的微机械谐振器被用作一个非常高的精细光学腔和它的位移监测前所未有的灵敏度的镜子。通过失谐腔，我们已经观察到了急剧冷却的微谐振腔的腔内辐射压力，下降到10 K的有效温度。我们还得到了一个有效的加热相反的失谐，观察到的辐射压力引起的谐振腔的不稳定性。进一步的实验进展和低温操作可能导致通过被动或主动冷却技术对机械谐振器的量子基态的实验观察。
2006-07-28 quant-ph
Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice
声与光之间的受激布里渊相互作用是所有非晶态和晶态介质中最强的非线性光学效应，在光纤和块状材料中得到了广泛的研究，但在光学微谐振器中却鲜有研究。实验扩展这一原则的可能性，激发在光子微系统中的机械共振，传感和频率参考应用，仍然在很大程度上未被探索。挑战在于，微谐振器固有地具有大的自由光谱范围，而布里渊过程的相位匹配考虑需要附近频率的光学模式，但具有不同的波矢。我们依赖于高阶横向光学模式来放宽这一限制。在这里，我们报告的实验激发的机械共振范围从49至1400兆赫，通过使用前向布里渊散射。这些自然的机械共振在~100 μ m的二氧化硅微球中被激发，并且是表面声学回音壁类型。
2011-09-12 physics.optics quant-ph
Integrated microcavity optomechanics with a suspended photonic crystal mirror above a distributed Bragg reflector
本研究在芯片上集成亚波长自由空间光机微腔，利用悬浮GaAs光子晶体镜与分布式布拉格反射器增强光机相互作用，并通过参数调控实现精确共振控制及更强动态背向作用。
2023-05-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Observation of Brillouin optomechanical strong coupling with an 11 GHz mechanical mode
实现与高频声子的腔-光机强耦合为量子技术的发展提供了丰富的途径，包括量子态转移、存储和转导，以及使宏观声子自由度的几个基础研究成为可能。然而，实现这种与GHz机械模式的耦合已被证明是具有挑战性的，其中一个突出的障碍是许多材料中的材料和表面诱导的光学吸收。在这里，我们规避这些挑战，并报告观察光学机械强耦合到一个高频率（11 GHz）的熔融石英回音壁微谐振器通过电致伸缩布里渊相互作用的机械模式。使用光外差检测方案，反斯托克斯光从谐振腔背散射测量和正常模式分裂和避免交叉观察记录的光谱，提供明确的签名强耦合。通过使用辅助泵浦共振，光机械耦合率达到高达$G/2π= 39 \ \text{MHz}$的值，其中耦合主导光学（$κ/2π= 3 \ \text{MHz}$）和机械（$γ_\text{m}/2π= 21 \ \text{MHz}$）振幅衰减率。我们的发现为利用光和声进行光量子控制提供了一种很有前途的新方法。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical Levitation of Nanodiamonds by Doughnut Beams in Vacuum
具有氮空位中心的光悬浮纳米金刚石有望成为高质量的混合自旋光机械系统。然而，被捕获的纳米金刚石从激光束吸收能量并在真空中引起热损伤。我们建议通过在强聚焦的甜甜圈形激光束的中心捕获复合颗粒（涂覆有吸收性较低的二氧化硅壳的纳米金刚石核）来解决这个问题。通过对囚禁稳定性、热吸收和振荡频率的系统研究，得出方位偏振高斯光束和线偏振拉盖尔-高斯光束${\rm LG}_{03}$是最佳选择。通过我们的建议，具有强吸收系数的粒子可以被捕获而不需要明显的加热，因此，基于悬浮纳米金刚石的自旋光机械系统可以在高真空中使用现有的实验技术。
2016-10-20 physics.optics quant-ph
Oligonucleotide selective detection by levitated optomechanics
本研究利用悬浮光机械平台，通过功能化二氧化硅纳米颗粒检测寡核苷酸，结合洛伦兹拟合、降维和随机森林分析，实现了选择性识别。
2025-10-16 physics.optics q-bio.QM quant-ph
Suspended photonic crystal membranes in AlGaAs heterostructures for integrated multi-element optomechanics
我们提出了高反射率的机械谐振器制作的AlGaAs异质结用于在电信波长制度的自由空间光学腔。机械谐振器制造在GaAs板中，并用光子晶体图案化以增加其面外反射率。机械模式的表征揭示了GaAs器件层中的残余拉伸应力。这种应力导致比未受应力的GaAs更高的机械频率，并且可以用于机械耗散的应变工程。同时，我们发现入射光束的有限束腰导致了反射光谱的下降。该特征源于与光子晶体的引导共振的耦合，这是在设计有限尺寸的板时必须考虑的效应。这里展示的单层和亚$\upmu$ m间距双层板可以直接在同一材料平台上的分布式布拉格反射镜的顶部上制造。该平台为在芯片上实现集成多元件腔光机器件和光机微腔开辟了一条途径。
2020-08-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Dynamics of levitated nanospheres: towards the strong coupling regime
悬浮纳米球的使用代表了一种新的范例，用于小型机械振荡器的光机械冷却，具有实现具有前所未有的高品质因数的量子振荡器的前景。我们调查这个系统的动力学，特别是在所谓的自陷制度，其中一个或多个光场同时陷阱和冷却的机械振荡器。该机制的决定性特征是机械频率$ω_M$和单光子光机械耦合强度参数$g$都是光场强度的函数，这与通常的设置相反，在通常的设置中，对于给定的系统，$ω_M$和$g$是恒定的。我们还测量了不同尺寸的二氧化硅纳米球在一个简单的光学驻波势的特征横向和轴向捕获频率，为半径为$r=20-500$ \，nm的球体，说明了一个协议加载到一个驻波光学陷阱，将形成一个光学腔的单个纳米球。我们使用这些数据来确认球半径的有效光机耦合强度的依赖性悬浮纳米球在光学腔中，并讨论了达到制度的强光-物质耦合的前景。理论半经典和量子位移噪声谱表明，对于较大的纳米球与$r \gtrsim 100$ \，nm的一系列有趣的和新颖的动力学制度可以访问。这些包括两种光学模式与机械模式的同时杂交以及系统双稳态的参数状态。我们表明，在这里，在典型的单光模光机系统相比，双稳态是独立的腔内强度，可以发生非常弱的激光驱动幅度。
2012-07-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Bidirectional microwave-optical transduction based on integration of high-overtone bulk acoustic resonators and photonic circuits
提出一种将压电致动器单片集成于氮化硅光子电路的三谐振双向微波-光学转换器，在室温下实现宽带高效转换并支持纯光输入生成微波脉冲。
2023-12-13 physics.optics quant-ph
Free spectral range electrical tuning of a high quality on-chip microcavity
可重构光子电路的应用范围从下一代计算机架构到量子网络、相干雷达和光学超材料。然而，完全的可重构性目前仅在毫米级器件尺寸上是可行的。在这里，我们克服了这个障碍，开发了一个片上高品质的微腔谐振，可以在整个自由光谱范围（FSR）的电调谐。FSR调谐允许与任何源或发射器谐振，或在任何数量的网络微腔之间谐振。我们通过将纳米电子驱动与强大的光机械相互作用相结合来实现它，从而产生高度应变依赖的有效折射率。这允许低电压和亚千瓦功耗。我们展示了一个基本的可重构光子网络，使微腔谐振与任意模式的微环形光腔跨越电信光纤链路。我们的研究结果具有超越光子电路的应用，包括广泛可调谐的集成激光器，用于电信和天文学的可重构光学滤波器，以及片上传感器网络。
2018-06-20 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Nanomechanical resonators with ultra-high-$Q$ perimeter modes
具有低机械耗散的系统广泛用于精密测量，例如引力波检测、原子力显微镜和经由光和机电的机械振荡器的量子控制。这些系统的机械品质因子（$Q$）决定了热机械力噪声和机械量子态的热退相干率。虽然耗散率通常由材料的体声波性质设定，但通过利用耗散稀释，机械$Q$可通过几何结构进行设计并增加许多数量级。最近，结合应变工程的软箝位技术使毫米级谐振器的室温品质因数接近十亿（$10^9$）。在这里，我们展示了一种新的方法来软箝位，利用振动的周边的形谐振器拴在他们的顶点。与依赖于级联元件来实现软箝位的先前方法相比，周界模式由于对称性和多边形顶点处的边界条件而被软箝位。周长模式在室温下达到36亿的$Q$，同时仅跨越两个声波波长-比最先进的机械$Q$小10倍的设备提高了4倍。我们的设备的小尺寸使它们非常适合于近场集成与微腔量子光学机械实验。此外，它们的紧凑性允许声子晶格的实现。我们证明了一个一维的Su-Schrieffer-Heeger链的高$Q$周边模式耦合通过最近邻相互作用和本地化的边缘模式的特点。
2021-12-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
