Microwave generation and frequency comb in a silicon optomechanical cavity with a full phononic bandgap
腔光力学已成为利用光场控制机械运动的有力工具。当用蓝失谐激光驱动光机械腔时，机械运动被放大，最终导致声子激射。在这项工作中，我们表明，硅光机械晶体腔可以被用来作为一个光电振荡器时，驱动到声子激射条件。为此，我们使用的光机械腔设计有呼吸般的机械模式振动在$Ω_{m}/2π=$ 3.897 GHz的全声子带隙。我们的测量结果表明，一次谐波显示在100 kHz的相位噪声为-100 dBc/Hz，这是一个相当大的值为一个自由运行的振荡器。更强的蓝色失谐驱动最终导致形成光机械频率梳，其中线由机械频率间隔开。我们还测量了高阶谐波的相位噪声，并表明，与布里渊振荡器不同，噪声增加对应于经典谐波混频。最后，我们提出了实时测量的梳状波形，并表明它可以调整到最近提出的理论模型。我们的研究结果表明，硅光机械腔可能是微波光子学和光学RF处理中的相关元件，特别是在需要低重量，紧凑性和光纤互连的学科中。
2019-12-13 physics.app-ph physics.optics
Thermalization properties at mK temperatures of a nanoscale optomechanical resonator with acoustic-bandgap shield
在亚开尔文温度下对机械谐振频率为3.6GHz的纳米硅光机械晶体腔进行了光学测量。我们推断光学吸收引起的加热和阻尼的机械谐振器的声子占有率和运动边带不对称性的测量。在最低的探测功率和最低的冰箱温度（10mK）下，发现局域机械共振以400Hz（Q= 9 × 10^6）的速率耦合到温度为270mK的热浴中。这些测量结果表明，硅光机械晶体冷却到毫开尔文温度应该适合于各种实验，涉及光子和声子之间的相干耦合在单量子水平。
2014-03-14 physics.optics quant-ph
Generating 10-GHz phonons in nanostructured silicon membrane optomechanical cavity
硅纳米光子波导中光子和声子的灵活控制是通信、传感和量子技术中新兴应用的关键特征。强声子漏向二氧化硅下包层阻碍了绝缘体上硅的光机械相互作用。通过完全或部分去除二氧化硅下包层以形成基座或硅膜波导，已经规避了这种限制。显著的光机械相互作用已被证明在硅中使用基座条，膜肋，和光子/声子晶体膜波导。尽管如此，机械频率仍限于1-5 GHz范围。在这里，我们利用周期性纳米结构的硅薄膜光栅的形状GHz的声子模式和近红外光子模式，同时实现机械频率（10 GHz）和强的光子-声子重叠（61.5%）。基于这一概念，我们实验证明了一个一维光机械微谐振器的高机械频率为10 GHz和品质因数为1000。这些结果是在室温和环境条件下获得的，腔内光功率低于1 mW，说明所提出的方法能够实现机械模式的有效光学驱动。
2021-03-26 physics.optics
Engineering multiple GHz mechanical modes in optomechanical crystal cavities
光机械晶体腔（OMCC）是一种基础的纳米结构，具有广泛的现象和应用。通常，这种OMCC中的光机械相互作用仅限于单个光学模式和唯一的机械模式。从这个意义上说，消除单模约束-例如，通过添加更多的机械模式-应该能够实现更复杂的物理现象，从而产生多模光机相互作用的背景。然而，一个通用的方法，以控制的方式产生多个机械模式与大的耦合率在OMCCs仍然缺乏。在这项工作中，我们提出了一种路线，以限制多个GHz的机械模式耦合到相同的光场与类似的光机械耦合率-高达600 kHz -由OMCC工程。实质上，我们增加了腔中心和镜区之间绝热过渡的单元格（由两侧带有波纹的圆孔穿孔的硅纳米块组成）的数量。值得注意的是，我们的腔中的机械模式位于完整的声子带隙内，这是在低温下实现超高机械Q因子的关键要求。全声子带隙中的多模特性以及使用标准硅纳米技术实现的容易性使得我们的OMCC在经典和量子领域的应用中具有很高的吸引力。
2022-08-01 physics.optics
Optomechanical coupling in the Anderson-localization regime
光学机械晶体，专门设计和制造的半导体纳米结构，用于增强电磁场和纳米尺度物质的机械振动之间的耦合。然而，在实际的光机械晶体中，缺陷打开额外的通道，其中能量的传递损失，降低光机械耦合效率。在这里，我们量化的典范一维光学机械晶体的声子和光子带隙的无序的作用。我们展示了如何利用无序作为一种资源，以提高工程结构以外的光机耦合，从而提供了一个新的工具集的光机。
2017-03-14 physics.optics
Nonreciprocal control and cooling of phonon modes in an optomechanical system
声子共振器在从引力波探测器到蜂窝电话的设置中起着重要作用。它们可作为高性能换能器、传感器和滤波器，提供低功耗、可调谐耦合到各种物理系统，并与各种频率、材料和制造工艺兼容。声子谐振器的系统通常服从互易性，这确保了任何两个谐振器之间的声子传输系数与传输方向无关。必须打破互易性以实现在谐振器之间提供声能的单向传播的装置（诸如隔离器和循环器）。这些器件对于保护有源元件、减轻噪声和操作全双工收发器至关重要。到目前为止，非互易声子器件还没有结合强大的操作所需的功能：强非互易性，原位可调谐性，紧凑的集成，和连续操作。此外，它们仅适用于相干信号（而不是波动或噪声），并且仅在行波系统（而不是谐振器）中实现。在这里，我们描述了一个腔光学机械方案，产生强大的声子谐振器之间的非互易耦合。该方案提供约30 dB的隔离，并且可以通过施加到腔体的驱动音的相位简单地进行原位调谐。此外，通过直接监测谐振器的动态，我们表明，这种非互易性可以用来控制热波动，这种控制代表了一种新的资源，用于冷却声子谐振器。
2018-07-10 physics.optics quant-ph
Optical modulation of coherent phonon emission in optomechanical cavities
光机结构非常适合研究光子-声子相互作用，它们也被证明是声子电路和量子计算的潜在构建模块。在声子电路中，信息由声子携带和处理，由于其优异的耦合效率，光机结构可以用作光子和电子的界面。在声子电路所需的组件中，这种结构可用于创建相干声子源和检测器。除了发射或检测之外的复杂功能仍然具有挑战性，在完整的网络中解决单个结构是一个巨大的挑战。在这里，我们提出并证明了一种方法来调制相干发射从光机械晶体通过外部光泵浦，有效地创建一个声子开关工作在环境条件下的压力和温度和工作速度（5 MHz）仅限于机械运动的光机械结构。我们还展示了另外两个开关方案：谐波开关，其中的机械模式保持活跃，但不同的谐波的光学力被使用，和切换到和从混沌政权。此外，这里提出的方法允许选择任何单个结构而不影响其周围环境，这是迈向自由可控的光机械声子发射器网络的重要一步。
2018-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Effects of phase-gradient on the nonadiabatic dynamics and photon-phonon conversion in one-dimensional array of optomechanical cavities
该研究理论探讨了驱动激光相位梯度对一维光机械腔阵列中光子-声子耦合及非绝热动力学的调控机制，揭示了相位诱导带隙改变和模式权重控制的作用，并分析了相位对有限尺寸阵列中相干转换的影响。
2025-05-01 physics.optics quant-ph
Proposal for an Optomechanical Traveling Wave Phonon-Photon Translator
在这篇文章中，我们描述了一个通用的光学机械系统转换光子声子在一个有效的，可逆的方式。我们分析了经典和量子力学的转换过程，并进行更具体的描述耦合光子和声子晶体平面电路形成的声子-光子翻译。声子-光子平移器的RF微波光子学和电路QED，包括利用该系统的光波长转换，长寿命的量子存储器和状态转移从光学超导量子比特的建议的应用被认为是。
2010-09-18 physics.optics
Two-Dimensional Optomechanical Crystal Cavity with High Quantum Cooperativity
光机系统为量子信息处理和量子传感提供了新的机会。许多固态量子器件在毫开尔文温度下工作-然而，由于其有限的热导和寄生光吸收，在这些超低温下操作纳米级光机械器件已被证明具有挑战性。在这里，我们展示了一个二维光机械晶体谐振器，能够实现大的协同性$C$和小的有效浴占用$n_b$，导致在连续波光驱动下的量子协同性$C_{\text{eff}}\equiv C/n_b \approx 1.3 > 1$。这是通过使用二维声子带隙结构来容纳光机械腔来实现的，同时隔离带隙中感兴趣的声学模式，同时允许通过带隙外部的声子模式去除热量。这一成就为需要量子相干光机械相互作用的各种应用铺平了道路，例如能够在微波频率超导量子线路和光纤网络中的光子之间进行量子态双向转换的换能器。
2019-10-07 physics.optics quant-ph
Si$_3$N$_4$ nanobeam optomechanical crystals
综述了Si $_3$ N $_4$纳米束光机械晶体的研究进展。这些结构由350 nm厚、700 nm宽的双钳位Si $_3$ N $_4$纳米梁组成，该纳米梁被周期性地图案化有引入缺陷区域的空气孔阵列。周期性图案化同时产生用于980 nm波段光子的光子带隙和用于4 GHz声子的声子带隙，其中缺陷区域用于将光学和机械模式共定位在它们各自的带隙内。这些光学和机械模式以耦合率$g_{0}/2π\approx$ 100 kHz色散地相互作用，其描述了由于机械模式的零点运动而引起的腔模式光学频率的偏移。通过与机械模式的相互作用产生的光学边带位于光学腔线宽之外，使得该系统能够在需要边带分辨操作的应用中使用。随着审查的基本设备的设计，制造和测量程序，我们提出了新的结果，改善光学品质因数（高达$4\times10^5$），通过优化光刻，HF酸表面处理后的设备的测量，和温度依赖的测量机械阻尼之间的6~K和300~K。测量高达$\approx2.6\times10^{13}$ Hz的频率-机械品质因数乘积$\left(f{\times}Q_m\right)$。
2014-12-04 physics.optics
Periodic strings: a mechanical analogy to photonic and phononic crystals
我们研究了一个周期性振动的弦组成的一个有限序列的弦段周期性连接，每一段的特点是一个恒定的线性质量密度。主要目的是提供一种可以模拟光子晶体或声子晶体特性的配置，并可以在本科物理实验室中实现。我们证明，这种配置显示频率间隔波传播是不允许的（频率带隙），在密切类似的光子和声子晶体。我们讨论了这些带隙的行为时，不同的物理参数，如线性质量密度的值，振荡频率，和构成整个系统的字符串的数量。本文还探讨了与凝聚态物理中电子波在晶格中传播的一些类比。
2022-04-10 physics.class-ph physics.optics
Coherent coupling between radio frequency, optical, and acoustic waves in piezo-optomechanical circuits
纳米光学机械系统中光学和机械模式的相互作用已经被广泛研究，应用范围从传感到量子信息科学。在这里，我们开发了一个平台，腔光机械电路中，本地化和相互作用的1550 nm的光子和2.4 GHz的声子与光子和声子波导相结合。在GaAs中工作有利于通过压电效应用射频场或通过强光弹效应光学地操纵局部机械模式。我们用它来证明一种新的声波干涉效应，类似于原子系统中的相干布居捕获，其中由电驱动引起的相干机械运动可以完全被光驱动运动抵消。通过光子或声子通道以同等设施操纵腔光机械系统的能力使得能够实现用于光、电和机械域之间的信号转导的新器件和系统架构。
2015-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optomechanical microgear cavity
提出一种单次刻蚀的光机微齿轮腔，结合声子与光子晶体结构实现光场和机械场强限制，在氮化硅中达到4.8 GHz机械共振和近红外回音壁模式，品质因数超10^7，光弹性重叠贡献达理想配置的75%。
2024-11-06 physics.optics
Phononically shielded photonic-crystal mirror membranes for cavity quantum optomechanics
本文提出一种结合二维光子晶体与声子晶体图案的亚波长氮化硅薄膜镜面，在室温下实现高反射率和高机械品质因子，并演示了光力学边带冷却至毫开尔文温度及光学双稳态，为腔量子光力学和量子基态冷却提供了可行平台。
2022-12-23 physics.optics quant-ph
Engineering Phonon-Qubit Interactions using Phononic Crystals
本研究提出通过设计具有50-70吉赫兹完整声子带隙的金刚石声子晶体来工程化声子态密度，成功在4开尔文下将硅空位色心的声子诱导轨道弛豫率降低18倍，并有效抑制高达20开尔文的声子-色心相互作用，为更高温度下的量子存储器操作和量子信息处理提供了新途径。
2023-10-10 physics.optics quant-ph
Programmable Synthetic Magnetism and Chiral Edge States in Nano-Optomechanical Quantum Hall Networks
本研究在纳米光机械谐振器网络中通过激光驱动诱导合成磁场，实验实现了可重构的量子霍尔式手性边缘态，并展示了单向声学传输，为纳米尺度拓扑声子相控制提供了新方法。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Modeling Dispersive Coupling and Losses of Localized Optical and Mechanical Modes in Optomechanical Crystals
周期性结构的材料可以承受由几何形状定制的光学和机械激发。在这里，我们分析了色散耦合平面光子和声子晶体的性质：光机械晶体。特别地，研究了准一维（图案化纳米梁）和准二维（图案化膜）几何结构中的共谐振光学和机械腔的性质。结果表明，在这些结构中的机械Q和光机械耦合可以变化许多数量级的几何形状的适度变化。一个直观的图片开发的基础上，扰动理论的材料边界的变化，使光学机械性能进行设计和优化。提出了几种设计，机械频率约为1-10 GHz，光学Q因子Qo > 10^7，运动质量meff 100毫微微克，光机耦合长度L0 M < 5微米，辐射限制的机械Q因子Qm > 10^7。
2009-07-31 physics.optics
Slot-Mode Optomechanical Crystals: A Versatile Platform for Multimode Optomechanics
我们展示了槽模光机械晶体，一类设备中，光子和声子晶体纳米梁谐振器分开一个狭窄的槽耦合通过光机械相互作用。在这些几何结构中，纳米束对被图案化，使得机械呼吸模式被限制在一个束的中心，并且高品质因数（Qo>10^5）光学模式被限制在束之间的槽中。在这里，我们在化学计量的Si3N4平台中生产槽模器件，其光学模式在980 nm波段，耦合到3.4 GHz，1.8 GHz和400 MHz的呼吸机械模式。我们利用高Si3N4的拉伸应力，以实现槽宽度下降到24 nm，这导致增强的光机耦合，足以观察在所有研究的频率的光机自振荡。我们利用槽模式的概念，开发多模光学机械系统与三光束的几何形状，其中两个光学模式耦合到一个单一的机械模式，和两个机械模式耦合到一个单一的光学模式。这一概念允许在设计多模芯片级光机系统时具有很大的灵活性，该系统在很宽的机械频率范围内具有大的光机耦合。
2015-08-24 physics.optics
Phononically shielded multi-wavelength photonic-crystal membrane for cavity quantum optomechanics
提出一种具有多波长高反射率和高机械品质因数的氮化硅薄膜谐振器，通过二维光子与声子晶体图案设计，在852 nm、1054 nm和1566 nm处实现高反射率，可应用于腔光力学中的量子频率转换与精确量子测量。
2024-12-25 physics.optics
Controlling phonons and photons at the wavelength-scale: silicon photonics meets silicon phononics
射频通信系统长期以来一直使用支持超声波机械波的体声波和表面声波器件来操纵和感测信号。这些设备大大提高了我们处理微波的能力，通过将它们与数量级更慢和更低损耗的机械场相连接。与此同时，长距离通信一直由低损耗的红外光子主导。随着电信号处理和传输接近由能量耗散施加的物理极限，现在正在积极考虑将光链路用于移动和云技术。因此，存在用于通过可缩放半导体工艺制造的波长尺度机械波或“声子”电路的强驱动器。随着这些电路的出现，结合了电、光和机械元件的新的微米和纳米结构已经出现。在这些器件中，例如光机械波导和谐振器，光学光子和千兆赫声子理想地彼此匹配，因为两者都具有微米量级的波长。因此，声子电路的发展已经成为光信号处理和传感应用以及新兴量子技术的一个充满活力的研究领域。在这篇综述中，我们讨论了支撑这一领域的关键物理和品质因数。我们还总结了纳米级机电系统的最新技术水平，重点关注硅等可扩展平台。最后，我们给出了这些新系统可能带来的前景以及它们在未来几年面临的挑战。特别是，我们认为，在芯片上集成高度相干和紧凑的机械元件的混合电和光机械设备在电光调制、量子微波到光子转换、传感和微波信号处理方面具有显著的未开发潜力。
2018-10-07 physics.app-ph physics.optics
Semiconductor-on-diamond cavities for spin optomechanics
针对金刚石悬浮器件加工难和易发热问题，提出无需底部掏空的半导体-金刚石平台，设计出兼具高耦合与低耗散的光力学晶体腔，实现了与金刚石自旋量子比特的光力学耦合，为量子信息处理器件提供了新途径。
2023-02-09 physics.optics quant-ph
Hybrid confinement of optical and mechanical modes in a bullseye optomechanical resonator
光机械腔已被证明是探索机械波和光波之间相互作用的基础和技术方面的一种特殊工具。这种相互作用强烈受益于具有大的光机械耦合、高的机械和光学品质因数以及大于光学模式线宽的机械频率（所谓的分辨边带极限）的腔。在这里，我们展示了一种新型的光学机械腔的基础上，一个径向机械带隙的磁盘。这种设计通过不同的物理机制限制光和机械波，这允许独立控制机械和光学特性。我们的器件设计不受独特材料特性的限制，并且可以很容易地进行调整，以允许与其他有前途的材料进行大的光机械耦合和高的机械品质因数。最后，我们的演示是基于在商业硅光子学设施上制造的器件，表明我们的方法可以很容易地扩展。
2016-05-20 physics.optics
Magic-free coexisting photonic and phononic moiré flat bands
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist)（北京信息科学与技术国家研究中心）
本文提出一种基于衍射杂化的无魔角平带机制，在单层莫尔光机械晶体中同时实现光子与声子平带，并实验观测其局域模式与光机械相互作用。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
A chip-integrated coherent photonic-phononic memory
在集成电路中控制和操纵相干声振动量子-声子-最近引起了很多关注，因为声子可以作为射频和光信号之间的独特链接，允许访问量子机制并提供先进的信号处理能力。基于光机械谐振器的最新方法已经实现了令人印象深刻的品质因数，允许存储光信号。然而，到目前为止，这些技术在带宽上受到限制，并且与多波长操作不兼容。在这项工作中，我们通过实验证明了在集成平面光波导中的相干缓冲器，通过将光信息相干地传输到声学超声波。光学信息的提取使用相反的过程。这些超声波声子具有与可见光子相似的波长，但以低5个数量级的速度传播。我们演示了存储的相位和振幅的光信息与GHz带宽和显示操作在不同的波长可以忽略不计的串扰。
2017-06-27 physics.optics
Reconfigurable long-range phonon dynamics in optomechanical arrays
我们研究周期性的光机械阵列作为可重构的平台，工程多个机械和电磁模式之间的耦合，并探索多体声子动力学。利用阵列的光场和集体运动模式之间的耦合结构共振，我们表明，可以实现可调谐的有效的机械模式之间的长程相互作用。这为实现密集连接图上的受控声子行走和热传递以及光机械阵列的远距离元件之间的激发的相干传递铺平了道路。
2014-04-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Subthreshold phonon generation in an optomechanical system with an exceptional point
本文研究具有例外点的双光学模式光机械系统，发现当外部泵浦波振幅低于例外点对应值时，周期性调制外部波振幅可在光机械不稳定性阈值以下同时产生光子和声子。
2022-12-11 physics.optics quant-ph
Optomechanical antennas for on-chip beam-steering
对辐射光场方向的快速和低功耗控制是光子学的一个主要挑战，也是新兴传感器和自由空间通信链路的关键使能技术。目前的方法基于庞大的电动组件是有限的，其高成本和功耗，而片上光学相控阵面临的挑战，在缩放和可编程性。在这里，我们提出了一个固态的方法，使用光机天线波束转向。我们结合了最新的进展，同时控制的光学和机械波的显着进步，在芯片上的光学相控阵列，使低功耗和全二维光束转向的单色光。我们提出了一种设计的硅光子系统的光子-声子波导，实现了44 $^{\circ}$的视野与$880$可分辨的斑点，通过扫描机械波长约一毫瓦的机械功率。使用机械波作为非互易性，主动光栅允许我们快速重新配置光束方向，光束形状和光束数量。它还使我们能够区分我们发送和接收的光。
2017-10-11 physics.optics
Chaotic dynamics under the influence of synthetic magnetic field in optomechanical system
该研究探讨光机系统中声子合成磁场对混沌行为的影响，发现暗模破缺导致腔场周期性交替混沌与规则行为，强非线性下以混沌为主，有望用于低功耗混沌光源和光学安全通信。
2024-07-19 physics.optics
An optically defined phononic crystal defect
本文提出通过光学弹簧在声子晶体单原胞上编程缺陷模式，实现力学模式局域化并使其参与质量减少37倍，为新型光力学系统奠定基础。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical ring resonator for efficient microwave-optical frequency conversion
本文提出含光机械环形谐振器的 GaP/ZnO 混合 OMIC，利用红外光子与 GHz 声子共谐振增强微波-光转换，并实现低泵浦功率下的实测效率。
2023-11-16 physics.optics quant-ph
Lifting restrictions on coherence loss when characterizing non-transparent hypersonic phononic crystals
高超音速声子带隙结构限制了其波长与光的波长相当的声学振动，并且已经使用时域或频域光学光谱学进行了研究。脉冲泵浦-探测激光器是用于表征来自普通真空沉积技术的周期性多层堆叠的优选仪器，但是检测机制需要注入的声波在传播期间保持相干性。除了声学布拉格反射镜，使用串联法布里-珀罗干涉仪（TFPI）的频域研究发现了二维和三维声子晶体（PnCs）的色散，即使是高度无序的样品，但PnCs必须是透明的。在这里，我们展示了一种混合技术，用于克服时域和频域方法分别表现出的局限性：我们使用脉冲激光将相干声子注入到非透明PnC中，并在TFPI上获得声学透射谱，其中泵浦出现在自发激发（即非相干）声子旁边。选择一个金属布拉格反射镜进行说明，我们确定的带隙，并与传统的时域光谱比较，发现分辨率的混合方法，以匹配一个国家的最先进的异步光学采样设置。因此，混合泵浦-探测技术保留了已建立的技术的关键性能特征，并且对于无序样品而言，将可能是优选的。
2021-05-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Electromagnetically induced transparency and wide-band wavelength conversion in silicon nitride microdisk optomechanical resonators
我们证明了光机械介导的电磁感应的透明度和波长转换的氮化硅（Si3N4）微盘谐振器。制造的器件支持品质因数（Q）为10^6的回音壁光学模式，以及Q=10^4和625 MHz的谐振频率的径向呼吸机械模式，使得系统处于分辨边带状态。将强光学控制场放置在光学模式的红（蓝）失谐边带上会产生与共振探测光束的相干干涉，从而为探测器引入透明（吸收）窗口。对于器件的多个光学模式观察到这一点，所有这些光学模式都耦合到相同的机械模式，并且由于Si3N4的大带隙，这些光学模式可以在波长上广泛分离。利用这些特性来演示频率跨度为69.4 THz的1300 nm和980 nm波段之间的光信号的频率上转换和下转换。
2013-06-03 physics.optics
Intermodulation of optical frequency combs in a multimode optomechanical system
声子提供了连接微波和光域的可能性，同时可以有效地转换电子和光信号。在这里，我们提出了一个多模态光学机械平台，由机械光学机械谐振器配置。的机械模式，在265 MHz和6.8 GHz的频率，可以同时激发到声子激光制度的系统的稳定性分析所支持的。MHz和GHz模式都进入自持振荡状态，导致光场中两个频率梳的互调。我们的特点是这个平台的实验，证明以前未探索的动态制度。这些结果表明，通过一个单一的光学模式控制多个机械自由度的可能性，在GHz的声子器件，信号处理和光学梳传感应用的影响。
2023-03-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Parametric Amplification of an Optomechanical Quantum Interconnect
将超导量子比特连接到光纤需要将微波光子转换为光子。现代实验演示表明，微波谐振腔和光学腔之间的强耦合通过声子模式介导的机械振荡器。该范例换能实验受在电磁谐振器上具有恒定驱动振幅的理论效率的限制。通过在微波谐振腔和光学谐振腔中加入参量驱动，我们发现通过量子换能器的转换信号被放大，同时保持较低的附加噪声水平。基于量子光学的输入-输出形式，提出了一种驱动激光器时变控制的理论框架，并解析求解了控制信号参数驱动系统时的转换效率和附加噪声。我们的研究结果表明，更好的转导效率和较低的附加噪声在不同的参数制度相关的电流转导实验。
2022-10-15 physics.optics quant-ph
Multimode optomechanical system in the quantum regime
我们实现了一个简单而强大的光学机械系统，具有众多的长寿命（$Q>10^7$）的声子带隙屏蔽膜谐振器的机械模式。紧凑型法布里-珀罗谐振器的光学模式以测量速率（$96~\mathrm{kHz}$）检测这些模式的运动，该测量速率（$96~\mathrm{kHz}$）超过已经在中等低温下的机械退相干速率（$10\,\mathrm{K}$）。达到这个量子制度需要，i。a.，量子测量反作用超过热力，因此可检测的光机械量子相关性。特别是，我们观察到有质动力压缩的输出光介导的众多的机械谐振器模式，量子噪声抑制高达-2.4 dB（-3.6 dB，如果校正检测损耗）和带宽$\lesssim 90\,\mathrm{ kHz}$。所采用的膜和法布里-珀罗谐振器的多模性质适合于涉及多个电磁、机械和自旋自由度的混合纠缠方案。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamically induced robust phonon transport and chiral cooling in an optomechanical system
声子形式的声和热的传输可以受到无序诱导散射的限制。在电子和光学设置中，引入手性传输，其中载波传播表现出奇偶不对称性，可以消除弹性后向散射，并提供对无序的鲁棒性。然而，抑制无序诱导的散射从来没有被证明在非拓扑声子系统。在这里，我们实验证明了一个路径，实现强大的声子输运的存在下的材料无序，明确诱导手性通过奇偶选择性光机械耦合。我们发现，对称谐振腔的非对称光泵浦使得顺时针和逆时针声子的手征冷却变得非常明显，同时抑制了无序的隐藏作用。令人惊讶的是，这种被动机制还伴随着热负荷的手性减少，导致机械的光学冷却而不增加阻尼，这种效果没有光学类似物。这种技术可以潜在地改善谐振机械传感器的基本热极限，这是通过边带冷却无法实现的。
2017-06-19 physics.optics quant-ph
Lithium Niobate Piezo-optomechanical Crystals
演示一种有效连接光、运动和微波的设备是经典和量子光子学的一个突出挑战。我们在这个方向上取得了重大进展，展示了一个光子晶体谐振器上的薄膜锂离子电池（LN），同时支持高- $Q$光学和机械模式，其中的机械模式压电耦合到微波。对于光机耦合，我们利用LN的光弹效应，通过优化器件参数来实现耦合率$g_0/2π\approx 120~\textrm{kHz}$。实现了导致声子激光的光机械协同性$C>1$。纳米谐振器上的电极压电地驱动光束上的机械波，然后光学地读出，允许直接观察声子带隙。测量了$η\approx10^{-8}$从输入微波端口到局部机械谐振的量子耦合效率。微波电路和电极几何形状的改进可以提高这种效率，并使集成超低功耗调制器和量子微波-光转换器更接近现实。
2019-03-03 physics.optics quant-ph
Ultrahigh-Q optomechanical crystals cavities fabricated on a CMOS foundry
光子晶体使用周期性结构来创建光波传播的禁频区，这允许在小尺寸器件中创建和集成复杂的光学功能。这种策略也已成功地应用于限制机械波，并探讨他们与光的相互作用，在所谓的光机械腔。由于其具有挑战性的设计，这些腔体传统上是使用专用的高分辨率电子束光刻工具制造的，这些工具本身就很慢，限制了这种解决方案的小规模应用或研究。在这里，我们将展示如何克服这个问题，通过使用深紫外光刻工艺制造光机械晶体上的商业CMOS代工厂。我们表明，一个精心设计的光子晶体可以承受的光刻工艺的限制，生产腔与测量的固有光学品质因数高达$Q_{i}=(1.21\pm0.02)\times10^{6}$。还使用声子晶体来创建光机械晶体，以将声波紧密地限制在光学腔内，这导致$g_{0}=2π\times(91\pm4)$ kHz的测量真空光机械耦合速率。有效的边带冷却和放大也证明了，因为这些腔在解决边带制度。在设计和制造过程中的进一步改进表明，基于商业铸造的光机械腔可以用于量子基态冷却。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Designing of strongly confined short-wave Brillouin phonons in silicon waveguide periodic lattices
我们提出了一个可行的波导设计优化利用受激布里渊散射与长寿命的声子。该设计由一个完全悬浮的脊形波导包围的一维声子晶体，减轻了基板的损失，同时提供所需的均匀性的光机械相互作用的建设。计算出这些结构的耦合因子为0.54（W.m）$^{-1}$（模内后向布里渊散射）和4.5（W.m）$^{-1}$（模内前向布里渊散射）。声子晶体的添加在仅五个单一单元之后提供了30dB的机械位移衰减，可能导致声学损耗仅受制造限制的状态。结果，与耦合和声学品质因数的乘积成比例的总布里渊增益名义上等于理想化的完全悬浮波导。
2020-10-28 physics.optics
Topological optical and phononic interface mode by simultaneous band inversion
Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，纳米科学与技术中心）
本研究通过GaAs/AlAs多层结构实现光和声的同时带倒置，产生共定位的界面模式，验证了其在光学反射率和相干声子生成中的应用，并提出工程规则。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bulk crystalline optomechanics
布里渊过程通过光机械三波相互作用耦合光和声音。在散装固体中，这种耦合是由固有的光弹性材料响应介导的，产生高频（GHz）声学声子的相干发射。这种相互作用产生了强的光学非线性，几乎在所有固体中都超过了拉曼或克尔非线性。在本文中，我们表明，从根本上改变了布里渊相互作用的强度和性质在低温下，当声子相干长度超过系统的大小。在这个极限下，固体成为一个相干的光学机械系统，宏观（厘米尺度）声子模式拥有大（$60\ μ\rm{g}$）运动质量。通过将晶体表面成形为共焦声子谐振器而形成的这些声子模式产生可观的光机械耦合率（${\sim}100$ Hz），从而提供在高（$12$ GHz）载波频率下获得超高$Q$因子（$4.2{\times}10^7$）声子模式的途径。单通非线性光学极化率从室温值提高了四个数量级以上。通过使用体属性，而不是纳米结构控制，这种相对简单的方法是诱人的能力，工程师在高频率和高功率处理的光机耦合。与腔光学力学相反，我们表明，该系统产生了一种独特形式的色散对称性破缺，使得能够在没有光学腔的情况下选择性地加热或冷却声子（即，无腔光学机械学）。扩展这些结果，实际上任何透明的晶体材料都可以成形为光学机械系统，作为材料光谱学、激光物理学、精密计量学、量子信息处理和宏观量子相干性研究的基础。
2017-03-23 physics.optics
Quantum squeezing induced nonreciprocal phonon laser
本文提出利用非线性光学谐振腔产生的定向量子压缩为耦合光机械系统提供定向机械增益，实现阈值可调的非互易声子激光。
2023-12-11 physics.optics
Simultaneous photon and phonon lasing in a two-tone driven optomechanical system
本研究提出一种由双音场驱动的单光机械腔系统，当驱动频率差匹配机械频率时，实现光子与声子的同步激射，并通过解析与数值方法验证，为优化光机械相互作用提供了新途径。
2024-10-03 physics.optics quant-ph
Multimode optomechanics with a two-dimensional optomechanical crystal
本文设计并实验演示了一种二维机械-光学-机械平台，实现慢光波导与两个约7 GHz声子模式的色散耦合，展示高品质因子和动态背作用，为混合量子系统提供重要进展。
2023-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum optomechanical control of long-lived bulk acoustic phonons
Yale University（耶鲁大学）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）
本文提出了一种新的光学机械系统，实现了对高相干声子模式的量子控制，并展示了激光冷却超 massive 机械物体的实验成果。
2024-10-23 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
Broadband optical nonreciprocity via nonreciprocal band structure
本研究针对单腔布里渊光机系统难以同时实现宽带宽和高隔离度光学非互易性的挑战，提出利用一维光机械阵列，通过方向性光泵浦诱导的受激布里渊散射透明形成非互易能带结构，成功实现兼具宽带宽与高隔离度的光学非互易性，为探索非互易拓扑光子和声子相等集体效应提供了新途径。
2023-09-05 physics.optics quant-ph
A two-dimensional optomechanical crystal for quantum transduction
Stanford University（斯坦福大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）
本文提出二维光声学晶体结构，通过增强热锚定降低温度限制，实现机械模式的低温冷却及强耦合 regime 的进入。
2024-06-20 physics.optics quant-ph
Dissipative Optomechanics in High-Frequency Nanomechanical Resonators
本研究首次实现边带分辨区间的高频耗散光力学系统，验证其对光谱的重塑作用，实现机械频率与耦合速率的大幅提升，为量子态传输等应用提供支撑。
2023-09-01 physics.optics quant-ph
Topological phonon transport in an optomechanical system
本文在含800多个腔光力学元件的光力学晶体阵列中实验观测到0.325–0.34 GHz拓扑边缘声子输运，证明其背向散射显著降低，为纳米级鲁棒高超声频声子电路奠定基础。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Molecule-photon interactions in phononic environments
本文以开放量子系统方法研究晶体中客体分子在声子环境下的非平衡振动动力学，揭示马尔可夫/非马尔可夫弛豫、集体类亚/超辐射效应及极化激元串扰。
2023-08-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
将电子器件与光纤网络连接是远距离传输经典和量子信息的关键。压电光机械换能器通过使用GHz频率的声振动作为介体来实现这样的接口，用于经由光机械和压电相互作用的组合将微波光子转换为光学光子。然而，尽管成功的示范，有效的压电光学机械转换仍然遥不可及，由于与混合材料集成和压电材料在量子机制下操作时增加的损耗相关的挑战。在这里，我们展示了另一种方法，在该方法中，我们致动5 GHz的声子在传统的绝缘体上硅平台。在我们的实验中，微波光子共振驱动声子晶体振荡器通过静电力实现在一个电荷偏置的窄隙电容器。机械振动随后通过声子波导传递到光机械腔，在那里它们在泵浦激光场的边带中转换成光学光子。工作在室温和大气压下，我们测量了微波到光子的转换效率为$1.8 \times 10^{-7}$在3.3 MHz的带宽，并证明了有效的相位调制与半波电压为$V_π= 750 $ mV。我们的研究结果标志着一个垫脚石量子转换与集成器件由晶体硅，这保证了高效的高带宽操作，并与超导量子位的集成。此外，由于不需要压电性或其他固有的非线性，我们的方法适用于量子技术以外的各种材料。
2022-10-24 physics.optics quant-ph
Space-Time Elastic Metamaterials for Zero-Frequency and Zero-Wavenumber Bandgaps
本文利用光捕获力构建时空弹性超材料，通过非接触操控质量-弹簧链，首次在弹性动力学系统中同时实现零频率和零波数带隙。
2025-05-06 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
