Engineering the Optical Spring via Intra-Cavity Optical-Parametric Amplification
这种“光学弹簧”是动力学反作用的结果,可以用来提高腔增强引力波探测器的灵敏度。如果腔长度的振荡导致具有光的辐射压力放大腔长度的振荡的相位关系的腔内光功率的振荡,则发生该效应。在这里,我们分析了一个迈克耳孙干涉仪,其光学弹簧腔包括一个额外的光学参量放大器与可调相位。我们发现,相位的参量泵浦场是一个通用的参数,用于成形干涉仪的光谱密度。
2017-11-09 gr-qc quant-ph
Angular trapping of a linear-cavity mirror with an optical torsional spring
光机系统在各种物理实验中一直受到人们的广泛关注。利用光学机械系统,可以通过利用光学干涉测量法精确地测量机械振荡器的位移或作用在机械振荡器上的力。悬置反射镜作为一种机械振子,常用于毫克级以上的光机系统中。然而,由于光辐射压力的作用,直线腔中的微小悬置反射镜在其偏转旋转自由度上可能是不稳定的。这种不稳定性限制了腔体可以在其中积累的光功率,并且对灵敏度施加了限制。在这里,我们表明,光辐射压力可以用来捕获的旋转运动的悬挂镜没有额外的主动反馈控制时,腔的$g$因素是负的,一个反射镜比另一个更重。此外,我们证明了实验的有效性的陷阱。测量了不同腔内光焦度下悬置微镜的转动刚度。结果表明,腔内激光束的辐射压力实际上是一个正的恢复力矩。此外,我们还讨论了利用我们的实验装置观测量子辐射压力涨落的可行性。
2022-07-27 quant-ph
Optical Spring Tracking for Enhancing Quantum-Limited Interferometers
本文提出利用光学弹簧动态跟踪随时间变化的引力波inspiral信号,以最小化chirp频率处的量子噪声,相比静态配置将信噪比最高提升40倍。
2024-08-28 physics.optics quant-ph
Kerr-Enhanced Optical Spring
本文提出并实验验证利用相位失配二阶非线性级联产生的Kerr效应增强Fabry-Perot腔光机械耦合,光学弹簧常数较线性理论提升1.6±0.1倍。
2024-04-04 gr-qc physics.optics quant-ph
Squeezing a thermal mechanical oscillator by stabilized parametric effect on the optical spring
我们报告的光机械微振荡器在压缩热态的限制,通过光学弹簧的参数调制获得。我们提出并实现了一个实验方案的基础上的振荡器的参数反馈控制,稳定放大的正交,而留下的正交不受影响。这种技术使我们能够在与参数谐振相关的噪声降低方面超过-3dB极限,最佳实验结果为-7.4dB。在一个适度冷却的系统中,我们的技术可以有效地利用,以产生强压缩的宏观力学振子低于零点运动。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Suppression of quantum-radiation-pressure noise in an optical spring
微纳米加工技术的最新进展使得光机系统的性能得到了相应的改善,这为量子限制计量学和宏观力学对象中量子行为的研究提供了一条有前途的途径。达到量子状态的一个主要障碍是热激发,对于足够高的机械品质因数Q,可以克服热激发。在这里,我们提出了一种方法,用于增加机械谐振器的有效Q值,通过线性光学机械系统所表现出的光学弹簧效应来加强它,并展示了如何通过传感和反馈控制来避免相关的量子辐射压力噪声。在用当前技术可获得的参数范围中,该方法允许在远低于迄今为止已经实现的频带的频带中实现现实的量子腔光学力学。
2013-12-05 physics.optics quant-ph
First-step experiment in developing optical-spring quantum locking for DECIGO: sensitivity optimization for simulated quantum noise by completing the square
DECi-hertz干涉仪引力波观测站是未来的一项星载激光干涉仪飞行任务。DECIGO有1,000公里长的臂腔,主要用于探测0.1 Hz左右较低频率的原始引力波(PGW)。电磁波谱的观测降低了PGW能量密度上限($Ω_{\rm gw} \sim 10^{-15} \to 10^{-16}$)的界限。因此,DECIGO的目标灵敏度,这主要是由量子噪声限制,需要进一步提高。为了最大限度地提高探测的可行性,同时受到DECIGO的大衍射损耗的限制,理论上提出了一种具有光学弹簧的量子锁定技术,以提高PGW的信噪比。在本文中,我们通过实验验证了光弹簧量子锁定的一个关键因素:通过完成多个探测器输出的平方来优化灵敏度。该实验在简化的桌面光学装置上进行,经典噪声模拟量子噪声。我们成功地得到了最佳的灵敏度与两个不同的激光功率的平方完成的方法。
2022-11-23 gr-qc quant-ph
Effective description of a suspended mirror coupled to cavity light -Limitations of Q-enhancement due to normal mode splitting by an optical spring-
摆由于其最终的低耗散(高品质因数)特性而长期被用作力传感器。它们广泛应用于引力常量的测量、引力波的探测和超轻暗物质的测定。此外,我们还期望通过对宏观引力的量子控制来证明引力的量子性质。最近,我们证明了利用光学弹簧可以在两个量子点之间产生量子纠缠[D. Miki,N.松本A. Matsumura,T.七条岛杉山湾Yamamoto和N. Yamamoto,arXiv:2210.13169(2022)];然而,我们忽略了光学弹簧可以通过在具有相对高的耗散的摆模和旋转模之间应用简正模分裂来降低品质因数(Q因子)。在此,我们分析由使用梁悬挂的圆柱体(悬挂镜,即,摆)和光学弹簧以考虑简正模分裂。Q因子的降低仅由光束参数决定:反射镜的半径与光束长度的比率,以及在没有腔光子的情况下旋转模式与摆动模式的频率的比率。在我们的分析中,我们发现减少因子$4.38$是重现的,这与Matsumoto \textit{et al.} [N. Matsumoto,S. B.卡坦岛$\tilde{\text{o}}$ -洛佩兹,M。Sugawara,S. Suzuki,N. Abe,K. Komori,Y. Michimura,Y. Aso和K. Edamatsu,Phys. Rev. Lett. 122,071101(2019)]。我们的分析表明,低耗散(高品质),可以达到使用光学弹簧的现实摆系统考虑旋转自由度。
2023-03-23 physics.optics quant-ph
Optical dilution and feedback cooling of a gram-scale oscillator to 6.9 mK
我们报告使用辐射压力引起的回复力,光学弹簧效应,光学稀释的机械阻尼的1克悬浮镜,然后通过主动反馈(冷阻尼)冷却。光学稀释放宽了机械损耗对冷却的限制,使振荡器模式达到6.9 mK的最低温度,比环境温度低约40000倍。光学弹簧效应的另一个优点是它可以将退相干之前的振荡次数增加几个数量级。在本实验中,我们推断的动态寿命的状态增加了一个因素~200。
2007-10-25 quant-ph
Increasing quantum speed meter sensitivity using optical spring
该研究证明双程量子速度计与无失谐光学弹簧可共存,能在保持宽带增益的同时形成可调低频量子噪声极小值,并实时跟踪啁啾引力波信号。
2025-03-13 astro-ph.IM gr-qc physics.ins-det
Thermal Noise Measurement Below the Standard Quantum Limit
本文提出一种独立于量子噪声的热噪声表征方法,在低温 Fabry Perot 腔中测量 GaAs 微镜热噪声,其最大低于标准量子极限 5 dB,并进一步观测到光学弹簧效应使量子噪声最大低于 SQL 10 dB。
2025-09-21 quant-ph
Surpassing the Standard Quantum Limit using an Optical Spring
本研究利用光学弹簧产生的量子关联,在适用于引力波探测器的架构下实现了低于标准量子极限2.8 dB的测量灵敏度,为提升Advanced LIGO等探测器的探测范围提供了可行方案。
2024-07-26 gr-qc quant-ph
Quantum-Accelerated Solution of Nonlinear Equations from Variational Principles
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)(产业技术综合研究所)
研究源于变分原理的非线性平衡问题,基于梯度流线性化引入量子算法框架,将平衡条件转化为线性动力学系统,通过对非线性弹性问题验证,建立变分原理等间联系,为非线性物理系统量子算法开辟新途径。
2026-07-08 quant-ph
A Stable Optical Trap from a Single Optical Field Utilizing Birefringence
本文报道了在单光场泵浦的光腔中,由于双折射而产生的稳定的双光弹簧效应。腔的一端由多层Al $_{0.92}$ Ga $_{0.08}$ As/GaAs叠层形成,该叠层由微制造的悬臂支撑,具有$274$ Hz的固有模式频率。光学弹簧将共振移动到$21$ kHz,对应于以大于$10^{4}$的因子抑制低频振动。光阱的稳定性质允许腔在没有任何外部反馈的情况下操作,并且仅具有单个光场入射。
2016-10-19 physics.optics quant-ph
Nonlinear (Anharmonic) Casimir Oscillator
我们想研究一个简单的线性谐振微弹簧的动力学,它是在量子Casimir力/压力的影响下,因此表现为一个(一个)非线性(非谐)Casimir振荡器。这种非线性微机械Casimir振子的运动方程一般没有精确解(解析)解且系统的转折点没有固定位置;然而,对于微型弹簧的刚度的特定值以及在适当地精心选择的距离尺度和条件下,对于该问题存在近似正弦的解(在非常小的位置间隔中收集可变的转折点)。这是一种简单而初步的方案,对微机械器件中的Casimir静摩擦问题的控制可能是有用的。
2014-03-12 cond-mat.other quant-ph
Strong nanomechanical Duffing nonlinearity and interactions induced through cavity optomechanics
AMOLF;Australian Research Council Centre of Excellence in Quantum Biotechnology (QUBIC), School of Mathematics and Physics, University of Queensland(昆士兰大学数学与物理学院量子生物技术卓越中心)
该研究通过腔光机械学实现了强纳米机械非线性,利用光学激光驱动完全控制非线性,展示了可调的Duffing非线性及其在共振器网络中的可调非线性相互作用。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Radiation-Pressure-Mediated Control of an Optomechanical Cavity
我们描述并演示了一种在强光学弹簧存在下利用辐射压力控制失谐可动镜法布里-珀罗腔的方法。在低于光学弹簧共振的频率下,腔的自锁本质上是通过腔场和可移动端镜之间的光机械(OM)相互作用来实现的。OM相互作用导致反射镜的高刚度和对外力的降低的敏感性。然而,由于腔中的有限延迟时间,这种增强的刚性伴随着反阻尼力,这使腔不稳定。通过在光学弹簧谐振附近的频带中施加外部反馈来稳定腔。用光电探测器在发射光束的振幅正交中感测误差信号。在腔的输入路径中的振幅调制器调制光强度以提供稳定的辐射压力。
2017-12-04 physics.optics quant-ph
Controlling mode orientations and frequencies in levitated cavity optomechanics
腔光力学提供量子冷却,量子控制和小型机械振荡器的测量。然而,支撑量子控制的光学反作用可以显著地干扰振荡器模式:在强耦合区域中,光学弹簧效应和光-物质杂化使机械频率移动;机械模式通过腔模式彼此杂化。这在悬浮光学力学领域中甚至更加相关,其中光学捕获完全确定机械模式及其频率。在这里,使用的相干散射(CS)的设置,允许量子基态冷却的悬浮纳米粒子,我们表明-当捕获远离一个节点的腔驻波-CS场反对光学弹簧位移和机械模式杂交。在一个最佳的抵消点,独立于大多数实验参数,我们实验证明,它是可能的强烈腔冷却和控制的{\em未扰动}模式。通过测量$S_{xy}(ω)$相关谱来量化$x-y$平面中的腔诱导模式杂交的抑制,所述相关谱被认为总是反相关的,除了在它们变得不相关的抵消点处。这些发现对使用CS设置的定向力感测具有影响。
2022-06-02 quant-ph
An optically trapped mirror for reaching the standard quantum limit
University of Tokyo(东京大学)
本文提出利用三角光学腔体克服传统光学腔体在稳定性和灵敏度间的权衡问题,通过光学正扭簧效应实现高灵敏度的力测量。
2014-05-19 cs.SY eess.SY physics.optics
Towards thermal noise free optomechanics
热噪声通常大大超过光机械器件中的量子噪声,除非机械频率非常高或热力学温度非常低。本文介绍了一种新型光机器件的设计思想,该器件能够在音频频带内提高品质因数,而热噪声可以忽略不计。建议的系统包括一个最低限度的支持毫米级摆安装在一个双端镜晃动(DEMS)腔,是拓扑等效的中间膜(MIM)腔。高精细度腔内部的辐射压力允许高光学刚度、导致不想要的负阻尼的项的消除以及量子辐射压力噪声的抑制。我们解决了光学弹簧动力学的系统使用的哈密顿量,找到噪声谱密度,并表明稳定的光学捕获是可能的。我们还评估了各种损耗机制,其中最重要的是由于光学弹簧的加速损耗。我们表明,实际的设备,从0.1 Hz的质心摆频率开始,可以实现最大品质因数的$10^{14}$与光学弹簧加强频率1 - 10 kHz。质量为1 $μ$ g或更小的小型谐振器可以在100 kHz的频率下实现$10^{11}$的Q因子。这种器件的应用包括白光腔,用于改进引力波探测器,或能够在量子极限附近工作的传感器。
2016-08-22 physics.optics quant-ph
Nonlinear optomechanics in the stationary regime
我们已经观察到的非线性转导的热机械运动的纳米机械谐振器检测时,通过边带未解决的光机械腔的激光传输。非线性检测机制是相当感兴趣的特殊情况下,允许量子非爆破测量的机械谐振器的能量。我们调查的光学机械检测装置中的非线性的起源,并推导出一个理论框架的非线性信号转导,和光学弹簧效应,从两个非线性光学传递函数和二阶光学机械耦合。通过测量的线性和非线性信号转导的依赖性-以及机械频移-从光学共振激光失谐,我们提供的线性和二次光机械耦合的贡献估计。
2014-02-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph