Classical and fluctuation-induced electromagnetic interactions in micronscale systems: designer bonding, antibonding, and Casimir forces
无论是有意引入以控制粒子和宏观物体，例如捕获或冷却，还是由中性物体中电荷的量子和热波动引起，导致附近机械部件之间不必要的静摩擦，电磁相互作用在许多自然发生的过程和技术中发挥着重要作用。本文综述了近年来在光力学和量子涨落力的理解和实验观测方面的进展。虽然这两种效应都是由电磁动量的交换引起的，但它们的起源却截然不同，无论是真实的还是虚拟的光子，都导致了不同的物理表现和设计原理。具体来说，我们描述了最近的预测和测量的吸引力和排斥力的光学机械力，基于键合和反键的倏逝波的相互作用，以及预测的修改，甚至排斥纳米结构体之间的卡西米尔力。最后，我们讨论了潜在的影响和相互作用，这些力量在新兴的实验制度的微机械设备。
2014-09-11 physics.optics
Slowing light with a coupled optomechanical crystal array
本文研究了光在由倏逝耦合光机械晶体阵列组成的谐振腔光波导中的传播。在强驱动极限下，系统的哈密顿量可以线性化和对角化。在这种情况下，我们得到的极化激元，它是由光子的相互作用和机械谐振腔的集体激发。通过分析极化激元的色散关系，我们发现可以通过改变相关参数来控制能带结构。有人提出，一种可工程化的能带结构可以用来减慢和阻止光脉冲。
2012-02-09 physics.optics quant-ph
Slot-mode-coupled optomechanical crystals
我们提出了一种腔光学机械系统的设计方法和分析，在该系统中，纳米梁谐振器的局部GHz频率机械模式与单独的纳米梁光学腔的高品质因数（Q>10^6）光学模式倏逝耦合。使用单独的纳米梁提供了灵活性，使系统的光学和机械的独立设计和优化成为可能。此外，小间隙（约。25 nm）引起了槽模效应，其使得能够实现大的零点光机械耦合强度，其中在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi> 300 kHz，并且在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi约为300 kHz。在1550 nm处，在Si系统中为900 kHz。在SiN中可以实现与GHz机械振荡器的大耦合强度的事实是重要的，因为这种材料具有宽的光学透明窗口，这允许在整个可见光和近红外范围内操作。作为该平台的应用，我们考虑1300 nm和980 nm之间的宽带光频率转换，使用两个光学纳米束腔耦合在机械纳米束谐振器的呼吸模式的两侧。
2012-07-20 physics.optics
A fiber-type optomechanical array using high-Q microbottle resonators
本文提出一种由五十个高Q值二氧化硅微泡谐振器构成的光纤型光机阵列，通过锥形光纤倏逝耦合实现任意位置的高灵敏度读出与驱动，并支持线性及参数驱动下的声子传播，具有可扩展、可调谐、无光刻等优势，适用于光纤传感。
2023-10-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Casimir switch: steering optical transparency with vacuum forces
Casimir力起源于真空零点能，是最有趣的纯量子效应之一。随着片上器件尺寸的迅速减小，纳米材料的研究引起了人们的广泛关注。在这里，我们研究了光机械诱导透明（OMIT）与可调卡西米尔力。我们发现，光输出速率可以显着改变真空力，甚至终止，然后恢复，表明一个高度可控的光开关。我们的研究结果解决了利用真空的力量设计奇异的光学纳米器件的可能性。
2016-06-05 physics.optics quant-ph
Near-field cavity optomechanical coupling in a compound semiconductor nanowire
III-V族化合物半导体纳米线是一种用于新型混合量子界面的有吸引力的材料，该新型混合量子界面通过嵌入其独立结构中的波长可调量子结构来互连光子、电子和声子。然而，在这样的纳米机械元件中，一个挑战是如何通过其微小的机械运动来检测和操纵少量的声子。一个解决方案是通过引入“腔光学机械”框架将光学腔耦合到纳米线，但它们之间的典型尺寸差异成为实现这一目标的障碍。在这里，我们展示了近场耦合的二氧化硅微球腔和外延生长的InP/InAs独立纳米线。倏逝光机械耦合不仅能够通过平衡零差干涉法精细探测机械运动，而且能够调谐纳米线中的谐振频率、线宽、Duffing非线性和振动轴。将这种腔光学力学与外延纳米线工程相结合，为新型量子精密测量和信息处理开辟了道路。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Actuation of Micro-Optomechanical Systems Via Cavity-Enhanced Optical Dipole Forces
我们展示了一种新型的光机系统，采用可移动的，微米级波导倏逝耦合到高Q光学微谐振器。观察到毫瓦（mW）级的光输入功率的波导的100-scale位移。波导上的力的空间变化的测量表明，它是由腔增强的光偶极子力由于存储的光场的谐振器。利用该力实现了一个亚mW控制功率的全光可调谐滤波器。该系统的理论模型表明，最大可实现的力是独立的光学谐振器的固有Q值，并与腔模体积成反比，这表明这种力可能会变得更加有效，因为设备接近纳米级。
2007-04-30 physics.gen-ph physics.optics
Spontaneous parametric down-conversion induced by optomechanical gradient forces in nanophotonic waveguides
平行光子波导中导波的倏逝场引起光机械梯度力。当被设计为具有吸引力的性质时，它们随着波导之间的间隙减小而呈指数增加。此外，由于梯度力的振幅与输入激光功率呈线性关系，因此可以很好地控制梯度力的振幅。在这里，我们建议利用光机械梯度力的固有非线性性质，诱导两个双钳位纳米光子束的基模之间的可调谐3波耦合。对于具有另一光束的一半宽度的光束中的一个，基模之间的1：2内共振支持简并自发参量下转换（SPDC）。我们从理论上探讨了基本的退化参量振荡器模型的耗散相图的主要特点，表明临界点的SPDC发生在参数，以及达到国家的最先进的实验。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale Torsional Optomechanics
光学机械转换演示了纳米扭转谐振器倏逝耦合到光学微盘回音壁模式谐振器。片上集成器件使用完全基于光纤的系统进行测量，包括锥形和凹坑光纤探头。这些设备的热机械校准光机械噪声下限低至7 fm/sqrt（Hz），为涉及极小扭矩（低至4x 10 ^-20 N*m）的广泛物理测量打开了大门。
2012-11-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear optomechanical pressure
透明材料表现出超快的光学非线性，并且如果被激光束照射，则受到光学压力。然而，非线性对光学压力的影响往往被忽视，即使非线性光学压力可能在许多应用中被潜在地采用，如光学操纵、生物物理学、腔光学力学、量子光学、光学牵引器，并且与Abraham-Minkoswky困境或Casimir效应等基本问题相关。在这里，我们表明，超快的非线性偏振确实提供了一个贡献的光学压力，也是负的，在某些光谱范围内，理论分析证实了第一性原理模拟。一个数量级的估计表明，可以通过测量由石墨烯制成的膜的偏转来观察这种效应。
2014-03-15 physics.optics quant-ph
Hybrid SiO2/Si Pillar-Based Optomechanical Crystals for On-Chip Photonic Integration
本研究将一维光子晶体柱腔集成到绝缘体上硅平台，通过优化耦合实现高光学品质因子和超过1 MHz的光机械耦合速率，增强了MEMS/NEMS在力传感和生物传感中的可行性。
2025-05-23 physics.optics
Hybrid Trapping of Cold Atoms with Surface Forces and Blue-Detuned Evanescent Light on a Nanophotonic Waveguide
Humboldt Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
利用表面力和蓝移倏逝光在光子波导上实现冷原子的混合捕获，实现了长存储时间和高相干时间，为中性原子量子技术提供新机遇。
2025-09-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optomechanics of random media
利用光来控制纳米结构物体的运动是一个巨大的挑战。这一挑战涉及光学镊子、卡西米尔力、集成光学、生物物理等领域。光子“机器人”可以有无数的应用。然而，如果光激活装置的复杂性增加，则必然发生结构无序，并且相应地，光散射、扩散和局部化。光驱动的机械力会受到无序诱导效应的影响吗？一个可能的假设是，光散射减少了光机相互作用。相反，我们表明，无序是一种从根本上增强光的机械效应的机制。我们确定了光学压力和光扩散系数之间的联系，并揭示了当无量纲电导率变得小于1时，在所谓的Anderson转变处，光学力及其统计涨落达到最大值。光子学的最新进展证明了利用无序进行基础物理和应用的可能性。设计随机性可以使新材料具有创新的光学特性。在这里，我们表明，无序和相关的现象可能会被利用的光学机械设备。
2014-10-07 physics.optics
Tailoring optical metamaterials to tune the atom-surface Casimir-Polder interaction
超材料是一种很有吸引力的工具，它不仅可以构造表面等离子体和电磁波，还可以构造电磁真空涨落。塑造量子真空的可能性是一个强大的概念，最终允许工程宏观表面和量子发射体（如原子，分子或量子点）之间的相互作用。长程原子-表面相互作用，被称为Casimir-Polder相互作用，在量子电动力学中具有根本的重要性，但也吸引了对原子与纳米光子器件的界面平台的极大兴趣。在这里，我们进行了光谱选择性反射测量的Cs（6 P_{3/2}）原子和纳米结构的金属平面超材料之间的Casimir-Polder相互作用。我们表明，通过工程超材料的近场等离子体共振，我们可以成功地调整Casimir-Polder相互作用，表现出强烈的增强和减少相对于其非共振值。我们还表明，由于其与纳米结构的倏逝模耦合的原子自发发射率的增强。探测非平凡剪裁表面附近的激发态原子是量子电动力学的一个严格测试。工程Casimir-Polder相互作用代表了在极端近场中原子捕获的重要一步，可能不使用外部场。
2018-02-22 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Near-field integration of a SiN nanobeam and a SiO$_2$ microcavity for Heisenberg-limited displacement sensing
将纳米机械物体放置在高$Q$光学微腔的消逝近场中，可以获得强梯度力和量子噪声限制的位移读出，为精密传感技术和基础量子光学研究提供了一个有吸引力的平台。然而，稳健地实现该平台是具有挑战性的，因为它需要通过$\lesssimλ/10$分离光学光滑表面。在这里，我们描述了一个完全集成的倏逝光纳米机械传感器的基础上的高应力Si $_3$ N $_4$纳米梁单片悬浮在一个SiO $_2$微盘腔。采用一种新的垂直集成技术的基础上平坦化的牺牲层，我们实现了小至25 nm的梁盘间隙，同时保持机械$Q\times f>10^{12}$ Hz和固有的光学$Q\sim10^7$。组合的低损耗、小间隙和平行平面几何形状导致异常有效的转导，其特征在于具有100 kHz的真空光机械耦合率的射频弯曲模式、超过1的单光子协同性和10 kHz（fm）/ $\surd$ Hz的零点频率（位移）噪声幅度。结合SiO $_2$的高功率处理能力和低外来衬底噪声，该传感器作为传感器工作得特别好。将其部署在4 K低温恒温器中，我们最近证明了在标准量子极限（SQL）下的位移不精确度低于40 dB，具有不精确反作用产品$<5\cdot\hbar$。在这份报告中，我们提供了一个全面的描述设备的设计，制造和表征，重点是扩展海森堡有限读出到室温。为此，我们描述了一个室温实验，其中实现了比SQL低30 dB的位移不精确度和不精确反作用积$…
2016-01-25 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
