Optomechanically-induced-transparency cooling of massive mechanical resonators to the quantum ground state
大质量机械物体的基态冷却仍然是一个困难的任务，受到未解决的机械边带的限制。我们提出了一种光机诱导透明冷却方案，在两个机械模耦合到同一个光腔模的纯光机系统中，在没有解决边带条件的情况下实现机械运动的基态冷却。我们表明，基态冷却是可以实现的边带分辨率$ω_{m}/κ$低至0.003。这为大质量宏观器件的量子操纵和高精度测量提供了新的途径。
2015-04-17 physics.optics quant-ph
Electrostatic actuation of silicon optomechanical resonators
光学机械系统提供了一种最灵敏的方法，用于使用光学机械谐振器的光学谐振频率的偏移来检测机械运动。目前，这些系统用于测量机械热噪声位移或由光学力致动的机械运动。先前已经示出了用于滤波器和振荡器中的硅微机电谐振器的静电电容致动和检测。在这里，我们展示了单片集成的静电电容驱动与光学传感使用硅光机械盘谐振器和波导。当输入电信号的频率为235MHz时，对应于硅微盘的径向振动模式，电激励的机械运动被观察为光强调制。
2011-02-28 physics.optics
Ground-state cooling of multiple near-degenerate mechanical modes
我们提出了一个通用的和实验上可行的方法来实现同时基态冷却任意数量的近简并，甚至完全简并的机械模式，克服了机械暗模式的形成所施加的限制。采用多个光学模式来提供不同的耗散通道，其防止冷却路径的完全相消干涉，并且因此消除暗模式。的冷却速率和限制被明确指定，其中的光学模式的机械模式的可互换性被发现是一个有效的冷却过程的关键。在一个实际的多模光机系统中，通过依次引入光驱，实现了所有机械模式的基态冷却，验证了该方案的可行性和可扩展性.该工作为制备和操纵宏观系统中的多个量子态提供了新的思路。
2021-10-28 physics.optics quant-ph
Cooling mechanical resonators to quantum ground state from room temperature
介观机械谐振器的基态冷却是检验量子理论和实现量子信息的基本要求。我们分析了在中间耦合制度，其中光增强的光机耦合强度是可比的腔衰减率的腔光机冷却限制。结果表明，在这一区域，强耦合和弱耦合区域的冷却都突破了极限。在腔衰减率和耦合强度的最佳条件下，解析地导出了最低冷却极限。实质上，冷却到量子基态需要$Q_{\mathrm{m}}>2.4n_{\mathrm{th}% }$，其中$Q_{\mathrm{m}}$是机械品质因数，而$n_{\mathrm{th}}$是热声子数。值得注意的是，基态冷却是可以实现的，从室温开始，当机械$Q$ -频率产品$Q_{\mathrm{m}}{ν>1.5}\times10^{13}$，腔衰减率和耦合强度超过热退相干率。我们的研究为优化介观机械谐振器的反作用冷却提供了一个总体框架。
2014-06-28 physics.optics quant-ph
Dynamic dissipative cooling of a mechanical oscillator in strong-coupling optomechanics
介观机械谐振器的冷却是腔光学力学中的主要问题。在这里，在强光机耦合制度，我们建议动态控制腔耗散，这是能够显着加快冷却过程，同时强烈抑制加热噪声。此外，动态控制能够克服量子反作用，并将冷却极限降低几个数量级。动态耗散控制提供了新的见解裁剪的光-机相互作用，并提供了探索宏观量子物理的前景。
2013-03-15 physics.optics quant-ph
Optomechanical cooling by STIRAP-assisted energy transfer $:$ an alternative route towards the mechanical ground state
标准的光机械冷却方法理想地需要弱耦合和腔阻尼率，这使得运动边带能够被很好地解析。如果耦合太大，则边带分辨冷却是不稳定的，或者旋转波近似可能变得无效。在这项工作中，我们描述了一个协议，以冷却耦合到一个光机械腔中的驱动光学模式的机械谐振器，这也是耦合到另一个辅助光学腔中的光学模式，和两个腔的频率调制。我们表明，通过调制驱动的振幅，以及，可以执行一种类型的STIRAP转移的占领从机械模式的有损辅助光学模式，从而导致冷却的机械模式。我们展示了该协议如何在各种制度，如强耦合和未解决的边带限制，可以优于正常的光学机械边带冷却。
2020-11-04 physics.optics quant-ph
Steady-state mechanical squeezing and ground-state cooling of a Duffing anharmonic oscillator in an optomechanical cavity assisted by a nonlinear medium
本文从理论上研究了由简并光参量放大器和端面移动镜组成的混合光机械系统，该系统被建模为刚性类Duffing非简谐量子力学振子。通过提供的系统参数的临界值对应于系统的稳态响应中的多稳态行为的出现的解析表达式，我们表明，硬化机械Duffing非谐性减少了多稳态区域的宽度，而光学参量非线性可以利用驱动系统的多稳态区域。我们还表明，适当的机械非谐强度值的稳态机械压缩和基态冷却的机械谐振子可以实现。此外，我们发现，非线性增益介质的存在可以导致改善的机械非谐性诱导的机械运动的冷却，以及机械压缩超过标准的量子极限3分贝。
2017-12-26 physics.optics quant-ph
Ground-State Cooling of a Mechanical Oscillator via a Hybrid Electro-Optomechanical System
我们提出了一个同时耦合超导量子位和腔场的机械谐振器的基态冷却方案。系统地推导了描述混合系统动力学的哈密顿量。冷却过程由量子位上的红色失谐交流驱动器和光机械腔上的激光驱动器驱动。我们研究了单个系统在弱耦合和强耦合状态下的冷却，即，量子位辅助冷却和光机械冷却，并与有效的混合冷却进行了比较。结果表明，混合冷却是更有效的相比，单独的冷却机制，并可以适用于解决和未解决的边带制度。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical dark-mode-breaking cooling
针对机械暗模阻碍多简并模式冷却的问题，在双膜腔光机械系统中引入额外腔模式耗散通道打破暗模，实现两近简并模式同步冷却，总声子数降低超一个数量级，向多谐振器基态冷却与纠缠迈出重要一步。
2024-12-20 physics.optics quant-ph
Optoelectronic cooling of mechanical modes in a semiconductor nanomembrane
机械谐振腔的光腔冷却是近年来的一个研究热点。冷却已实现与金属涂层的硅微杠杆通过光热力，随后与介电物体通过辐射压力。在这里，我们报告腔冷却与晶体半导体膜通过一个新的机制，其中的冷却力产生的光生电子空穴对和机械模式之间的相互作用，通过变形势耦合。光电机制是如此有效，以至于仅用50 uW的光和由标准镜和亚波长厚度的半导体膜本身组成的精细度为10的腔就可以将模式从室温冷却到4 K。用半导体机械谐振器实现的激光冷却窄带声子池可能为光子学和自旋电子学器件开辟一条新的途径。
2010-11-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Mechanically Tunable Radiative Cooling for Adaptive Thermal Control
被动辐射制冷是当前可再生能源研究的前沿技术。在地外应用方面，辐射冷却是航天器热管理系统的一个关键组成部分，空间的极端环境可能导致大的温度变化，从而可能破坏和损坏设备。对于地面应用，夜间或白天的辐射冷却预计将导致成本效益高的被动热管理，而不需要效率低下和昂贵的人工制冷技术。然而，大多数当前可用的辐射冷却系统不能动态地改变并且辐射恒定的静态量的热功率。动态可调自适应辐射冷却系统将是延长航天器寿命或提高地面冷却系统效率的关键发展。在这里，我们提出了可拉伸的辐射冷却设计，可以通过使用简单的物理机制的机械应变大幅调整。当它们的结构被拉伸时，辐射功率显著降低。我们开发了一种建模方法，可以模拟机械拉伸结合电磁响应来计算这些新的自适应辐射冷却系统的可调热发射。所提出的光子工程结构可以用作涂层，以具有成本效益和环境友好的方式实现各种物体的有效自适应热控制。所提出的设计比文献中发现的其他设计更容易实现，并且最佳设计实现了具有132 W/m2量级的可调谐范围的高热发射功率。
2022-03-24 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous ground-state cooling of multiple degenerate mechanical modes through cross-Kerr effect
针对多个简并机械模式因暗模式效应难以同时基态冷却的问题，提出引入 cross-Kerr 非线性打破暗模式，并给出最佳耦合与激光功率及 N 模式扩展条件。
2022-08-20 physics.optics quant-ph
Optical bistability and cooling of a mechanical oscillator induced by radiation pressure in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机械腔谐振器中平均腔内光场所表现出的非线性行为和机械振子的基态冷却效应的影响。光学双稳可以通过调节单个驱动激光器的频率和功率以及改变原子腔中的原子-腔耦合强度来控制。在良好和不良腔限制下对机械振荡器的冷却的研究表明，即使在室温下，与通用的光学机械设置相比，混合系统在冷却方面也更有效。从本质上讲，我们的工作着重于与原子腔的耦合对光机械腔中辐射压力效应的影响。
2015-03-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Ground-state cooling of a massive mechanical oscillator by feedback in cavity magnomechanics
将大质量力学振子的运动冷却到它的量子基态对于观察力学系统中的宏观量子效应起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个基于测量的反馈冷却协议，在腔磁力学，是能够冷却到其基态的宏观铁磁体的机械振动模式。机械模式通过色散磁致伸缩相互作用耦合到磁振子模式，并且后者进一步通过磁偶极子相互作用耦合到微波腔模式。通过测量微波腔输出场的幅度并将与输出场的幅度波动成比例的力施加到机械振荡器上来引入反馈回路。我们表明，通过适当地设计反馈增益，机械阻尼率可以显着提高，而机械频率不受影响。因此，振动模式可以在低温下在未分辨边带区域中冷却到其量子基态。该协议是专为使用铁磁材料，具有强磁致伸缩以及大的磁振子耗散腔磁力系统。
2022-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Simultaneous ground-state cooling of two mechanical modes of a levitated nanoparticle
研究通过相干散射实现悬浮纳米粒子二维基态冷却，避免暗模式效应，将两个质心模式占据数降至0.83和0.81，为全3D基态冷却和高轨道角动量态生成奠定基础。
2022-10-05 physics.optics quant-ph
Optical-mechanical cooling of a charged resonator
边带法是将微纳器件冷却到超低温的最有效方法之一。目前，这种方法正在进行实验和理论研究。与该方法相关的理论结果对应于电磁场通过辐射压力与微或纳米谐振器相互作用的情况。显然，如果你选择一个带电的微米或纳米谐振器，相互作用将是不同的。在本文中，这种情况下被认为是，它表明，冷却将是有效的边带方法。在工作中得到的最终方程，冷却谐振器的量子数的平均值，有一个令人惊讶的简单的分析形式，这使得最完整的分析系统的研究。
2018-11-08 physics.optics quant-ph
Cooling mechanical motion with polaritons
Zhejiang University（浙江大学）
本文提出了一种利用极子同时冷却两个机械模式的理论，通过极子频率的连续可调性实现对不同机械模式的冷却，为极机械系统中量子态生成提供了新方法。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Atom assisted cavity cooling of a micromechanical oscillator in the unresolved sideband regime
在高不可分辨边带区研究了光机械腔中全同二能级原子系综的机械振子的基态冷却。该体系表现出电磁诱导的类双折射量子干涉效应。与腔场的相互作用引起原子模和机械模之间的间接耦合。在存在这种相互作用的情况下，噪声频谱得到修改，并导致不对称的冷却和加热速率。利用量子主方程，研究了平均声子数随时间的演化，观察到机械谐振器中的平均声子占有率表现出基态冷却。
2016-02-27 physics.optics quant-ph
Rigorous analysis of Casimir and van der Waals forces on a silicon nano-optomechanical device actuated by optical forces
在这篇文章中，我们严格分析的色散力（卡西米尔和范德华力）的影响的纳米光学机械设备的基础上的硅波导和二氧化硅衬底，周围的空气和驱动的光学力。色散力的计算使用修改的Lifshitz理论，以考虑到器件的厚度和材料的介电常数，这是从实验获得的光学数据，并通过严格的三维FDTD模拟验证。我们还考虑到波导的机械非线性，这是由于其相对于其厚度的大偏转，由于纳米器件的尺寸。非线性力学分析模型也验证了使用三维有限元模拟。我们的研究结果表明，在适当的设计条件下，有可能达到一个没有拉在临界点，由于只有光的力量，因此，在原则上，这将是可能的，仅通过控制光功率来控制设备的总偏转。然而，色散力通常对器件施加临界点的拉力，并在波导和衬底之间建立最小的初始间隙。此外，我们表明，可以利用几何非线性效应，以避免或尽量减少拉，因此，设备崩溃。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Detuning-symmetric laser cooling of many mechanical modes with a photothermally modified cavity
本文提出利用光热改性腔和单个蓝失谐激光实现对薄膜逾100个机械模式的失谐无关冷却，并给出增强方案。
2025-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Laser noise in cavity-optomechanical cooling and thermometry
我们回顾和研究量子和经典波动的作用，在最近的腔光学机械实验，现在已经达到了量子制度（机械声子占有率< 1），使用解决边带激光冷却。特别是，激光噪声加热的机械谐振器和光学转换的机械光谱的形式，修改量子和经典的激光噪声挤压，在各种测量条件下导出。利用这一理论，我们分析了我们最近的基态激光冷却和动态边带不对称实验与纳米光机械晶体谐振器。
2012-10-09 physics.optics quant-ph
Tutorial: Opto-mechanical cooling by the back-action of cavity photons
我们提出了一个简单的经典分析的光与法布里-珀罗腔的相互作用，包括一个固定的（介质）前镜和一个振动的后镜。在绝热近似下，返回光呈现边带对称性，一旦光子寿命变得与后视镜的振荡周期相当或更长，边带对称性就会消失。当振荡周期比腔光子寿命短时，必须以不同的方式处理问题，将振动镜视为散射体，将一部分入射光发送到边带频率。在适当的失谐下，腔的内部辐射压力可以抑制或放大镜子的振动;前者是通过腔光子的反向作用进行光机械冷却的物理原理。
2015-09-01 physics.class-ph physics.optics
Ground state cooling of micromechanical oscillators in the unresolved sideband regime induced by a quantum well
微机械振荡器的基态冷却是腔光力学中观察量子力学效应的一个典型目标。从理论上研究了光机械腔中存在量子阱时机械振子的基态冷却。由于在量子阱存在下的模式剪裁，腔响应得到修改，并导致不对称的加热和冷却过程。这有利于冷却的机械振荡器，即使在未解决的边带制度，通过抑制斯托克斯散射。
2016-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Review of cavity optomechanical cooling
宏观力学系统的量子操纵在基础物理学和从高精度计量到量子信息处理的应用中都有很大的兴趣。一个关键的目标是将机械系统冷却到它的量子基态。本文重点介绍了利用腔增强光场与机械运动相互作用来降低热噪声的腔光机冷却技术。近年来在这一领域的理论和实验研究取得了显著的进展，在制备介观力学系统的运动量子基态方面取得了重大进展。本文首先介绍了腔光机冷却的量子理论，包括量子噪声方法和协方差方法，然后介绍了最新的实验进展。最后，新的冷却方法进行了讨论沿强耦合制度和冷却超出解决边带限制的方向。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controllable optical bistability and cooling of a mechanical oscillator in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了来自超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机腔中平均腔内光场所表现出的微扰行为的影响。结果表明，光学双稳态可以通过调节驱动激光的频率和功率来控制，并且在很大程度上受到反馈腔中原子系综的影响。从本质上讲，我们的工作强调的可能性，实现一个可控的光开关取决于混合相互作用，命令比一个单一的光机械腔的阈值功率低。此外，我们研究了在这个混合系统中的机械振荡器的光机冷却方面，平均声子数的时间演化表明在未解决的边带制度的振荡器的基态冷却。
2015-08-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Intracavity-squeezed optomechanical cooling
宏观机械谐振器的量子基态冷却对基础物理和应用科学都具有重要意义。传统的激光冷却方法受到量子反作用的限制，需要通过机械边带分解才能冷却到基态。提出了利用腔内光压缩来突破量子反作用极限的设想。它对所有的耗散通道都产生量子干涉，并且在某些情况下可以完全消除腔耗散和由此产生的量子反作用的影响，并且无论边带分辨率如何都具有低得多的冷却极限。我们表明，我们的计划，使基态冷却在高度未解决的边带限制，它也超出了弱耦合制度，这提供了机会，宏观力学系统的量子操纵。
2019-10-11 physics.optics quant-ph
Enhanced Laser Cooling of a Mechanical Resonator via Zero-Photon Detection
本文提出并实验证明利用反斯托克斯光场的零光子探测将机械谐振器冷却到低于激光冷却极限，并通过外差测量验证，为量子热力学和量子态工程开辟新途径。
2025-05-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Theoretical framework for enhancing or enabling cooling of a mechanical resonator via the anti-Stokes or Stokes interaction and zero-photon detection
本文提出一个理论框架，利用零光子探测在反斯托克斯和斯托克斯相互作用下实现或增强机械谐振器冷却，并给出所需探测效率条件，可应用于非经典态制备和量子热力学等领域。
2025-05-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Feedback cooling of a room temperature mechanical oscillator close to its motional groundstate
从室温环境开始制备处于其最低可能熵态（量子基态）的机械系统是量子光学力学中的关键挑战。这不仅能够创造真正宏观系统的量子态，同时也为周围环境中的新一代量子限制机械传感器奠定了基础。使用辐射压力与低温预冷相结合的光机械器件的激光冷却已经成功地证明了各种器件的基态制备，而从室温环境开始的类似证明仍然是一个突出的目标。在这里，我们将集成纳米光子学与声子带隙工程相结合，同时克服了与周围环境隔离和可实现的机械频率以及有限的光机械耦合强度的限制，证明了单光子协同性为200。这种新的微芯片技术使我们能够将机械谐振器从室温反馈冷却到大约1 mK，接近其运动基态。我们的实验标志着向使用机械谐振器的可访问，广泛的量子技术迈出了重要一步。
2020-06-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cooling-by-measurement and mechanical state tomography via pulsed optomechanics
观察一个物理量而不干扰它是控制单个量子系统的关键能力。这种反作用规避或量子非破坏测量最早是在20世纪70年代在引力波探测的背景下引入的，以通过对测试质量运动的高精度监测来测量测试质量上的弱力。现在，这种技术已经成为量子科学中不可或缺的工具，用于制备、操纵和检测光、原子和其他量子系统的量子态。在这里，我们通过实验进行快速的光学量子噪声限制的测量的机械振荡器的位置，通过使用光脉冲的持续时间远远短于一个周期的机械运动。使用这种反作用回避相互作用，我们进行了状态准备和全状态断层扫描的机械运动状态。我们已经重建了位置不确定性降低到19 pm的机械状态，受限于光脉冲的量子波动，并且我们已经执行了“通过测量冷却”以将机械模式温度从初始的1100 K降低到16 K。未来对这项技术的改进可能会允许量子压缩的机械运动，甚至从室温，和重建的非经典状态表现出负区域的相空间准概率分布。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cooling and control of a cavity opto-electromechanical system
我们实现了一个腔光机电系统集成电驱动能力的纳米机电设备与超灵敏的机械转导实现通过腔内光机械耦合。实现了高达0.40 microN的电梯度力，同时机械转换灵敏度为1.5 X 10^-18 m/rtHz，比迄今为止的任何纳米机电系统都提高了三个数量级。展示了光机电反馈冷却，表现出强烈的挤压的环内转导信号。即使在测量反作用引起光机械相关的临界范例中，环外换能也提供准确的温度校准。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
