High-Frequency GaAs Optomechanical Bullseye Resonator
本研究制备了环形牛眼结构的高频GaAs光力谐振器，测得3.4 GHz力学模式、77 K下4000的品质因数与39 kHz的光力耦合速率，分析了弹性各向异性影响和温度依赖特性，验证了锚点损耗抑制效果，为III-V族高频光电器件提供支撑。
2020-10-24 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical properties of GaAs/AlAs micropillar resonators operating in the 18 GHz range
最近的实验表明，基于GaAs-AlAs的微柱腔是量子光学力学的有前途的系统，允许在18-100 GHz范围内同时三维限制近红外光子和声学声子。在这里，我们通过数值模拟研究这种新平台的光学机械特性。我们的证据如何泊松比和超导真空边界条件导致非常明显的功能，在机械和光学三维限制。我们发现一个很强的依赖性的机械品质因数和应变分布上的微柱半径，在很大的对比，在光学域中的预测和观察。导出的光机耦合常数g_0在10^6 rad/s范围内达到了超大值。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Damping of optomechanical disks resonators vibrating in air
我们报告的微型砷化镓光盘光机械谐振器在空气中振动的射频范围。用扫描电子显微镜和光学干涉仪研究了圆盘的弯曲模态，并用环形板的弹性理论正确地建模。系统地测量了机械阻尼，并与原始的空气阻尼分析模型进行了比较。公式推导出正确再现的机械模式和阻尼行为，并可以作为设计工具，在流体环境中的光机械应用。
2012-06-14 physics.optics
Optomechanical crystals for spatial sensing of submicron sized analytes
光机晶体腔在检测和间接分析蛋白质、细菌和病毒等生物粒子方面具有广阔的应用前景。在这项工作中，我们展示了工作原理的光学机械晶体腔在环境条件下操作的亚微米分析物的传感器，通过光学监测热激活的机械模式的频移。谐振器已经被特别设计，使得腔区域支持特定的低模态体积机械模式族，通常被称为箍缩模式。这些涉及仅一对相邻的腔单元的振荡，所述腔单元对谐振器的其它部分中的扰动相对不敏感。这些模式的本征频率随着变形更靠近谐振器的中心而减小。因此，通过识别经历充分超过机械线宽的频移的特定模式，可以推断是否存在沉积在谐振器上的颗粒、存在多少颗粒以及它们在腔区域内的近似位置。
2020-11-06 physics.app-ph physics.optics
Multi-harmonic Quantum Dot Optomechanics in fused LiNbO$_3$-(Al)GaAs hybrids
我们制作了一个声光半导体混合器件，用于单个量子发射器和表面声波的强光机耦合。我们的器件包括一个表面声波芯片由高压电铌酸锂$_3$和GaAs基半导体薄膜与嵌入层的量子点。采用多谐波换能器，我们产生的声波铌酸锂$_3$在很宽的范围内的射频。我们监测他们的耦合和传播的半导体膜在电学和光学域。我们证明了嵌入的量子点随着频率的增加而增强的光机械调谐。这种效果通过我们的装置几何形状的有限元建模来验证，并且归因于半导体膜内的声场的增加的局部化。对于中等高的声学频率，我们的模拟预测强大的光机耦合，使我们的混合器件非常适合于基于半导体的量子声学应用。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Cavity nano-optomechanics with suspended subwavelength-sized nanowires
在腔纳米光学力学领域中，中间纳米谐振器方法包括在光纤微腔的小模体积中插入亚波长尺寸的可变形谐振器，这里是纳米线。纳米线中的内部共振增强了光与纳米线的相互作用，这提供了巨大的耦合强度-足以进入腔光力学的单光子区域-在精确定位纳米线的条件下。在这里，我们暴露的理论描述相结合的分析公式的米氏散射的腔内光的纳米线和输入输出形式主义描述的动态的腔内光学本征模。我们调查的光机械相互作用的两个方面描述的位置相关的参数和耗散的光机械耦合强度，以及光机械力场所经历的纳米线。我们发现与最近的实验实现存在定量一致。我们讨论的光机械相互作用的具体现象，它获得了矢量字符，因为纳米线可以沿着两个横向方向相同的振动：光机械力场提出了一个非零的旋转，而异常的正腔位移是预期的。利用大的类克尔非线性，这项工作开辟了在量子光学领域的前景与纳米谐振器，例如宽带压缩的出射腔场接近单光子水平。
2022-12-06 physics.optics quant-ph
Dispersive optomechanics of supercavity modes in high-index disks
在这项工作中，我们研究了在电信波长的连续介质中的光学准束缚态和高折射率波长大小的圆盘中的GHz机械模式之间的色散耦合。我们表明，这样的腔可以显示与光机械晶体腔（$g_{0}/2π\backsimeq$ 800 kHz）的光机械耦合率的值。有趣的是，光学谐振与机械模式在远高于10 GHz的频率的光机耦合似乎是可以实现的。我们还表明，在基板上的机械泄漏，可以大大减少通过放置在薄的二氧化硅基座的磁盘。我们的研究结果提出了一种新的路线，超紧凑的光机械腔，可以潜在地安排在大规模的阵列，形成光机械元表面。
2020-09-17 physics.optics
Improved optomechanical disk resonator sitting on a pedestal mechanical shield
实验证明了GaAs盘形光机械谐振器的机械品质因数Q的可控增强。在1.3 GHz下振动的具有集成在其基座中的机械屏蔽的MEMS显示出Q提高了10至16倍。结构的数值模拟和不同的振动模式进行观察，这阐明了Q增强机制。提出了一种优化的双盘几何形状，保证Q值在百万以上的大参数范围内。
2014-11-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optomechanical zipper cavity lasers: theoretical analysis of tuning range and stability
提出了一种波长可调谐的半导体激光器结构设计。该系统是基于一个一维的光子晶体腔组成的两个图案化的，双钳位纳米梁，也被称为“拉链”腔。拉链腔相对于纳米梁之间的间隙是高度分散的，其中存在极强的辐射压力。提出了用光学和电学方法控制拉链腔波长的方案。调谐范围高达75纳米的标称设计波长为1.3微米。考虑了机械柔顺激光器结构对热噪声的敏感性，发现以光学或电弹簧形式的辐射压力的动态反作用可用于稳定激光器频率。在GaAs材料中嵌入自组装InAs量子点，制备了拉链腔激光器结构，并测量了拉链腔模式的光致发光谱。
2009-12-22 physics.optics
Strain coupling of a single exciton to a nano-optomechanical resonator
本研究实现了由应变介导的半导体量子点与光机械腔的耦合，测得真空应变耦合速率约214 kHz，为利用声子耦合片上量子系统提供了重要进展。
2024-07-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Hybrid (Al)GaAs-LiNbO$_3$ Surface Acoustic Wave Resonator for Cavity Quantum Dot Optomechanics
通过异质集成制造包括（Al）GaAs量子点异质结构和LiNbO $_3$表面声波谐振器的混合器件。对于工作频率$f\approx 300$ MHz，证明了高声学品质因数$Q>4000$。测得的大品质因数-频率乘积$Q\times f>10^{12}$确保了在温度超过$T>50\,\mathrm{K}$时抑制热噪声引起的退相干。观察到单量子点与谐振腔模式的频率和位置依赖的光机耦合。
2020-09-30 cond-mat.mes-hall physics.app-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
Strain-induced exciton decomposition and anisotropic lifetime modulation in a GaAs micromechanical resonator
我们演示了激子寿命的机械调制，通过使用砷化镓（GaAs）谐振器的振动应变。应变诱导调制具有各向异性的晶体取向依赖性，这揭示了这些调制的起源是压电效应。数值分析的基础上的隧道模型澄清，机械应变调制的内部电场和空间分离的电子和空穴，导致非辐射激子分解。这种载流子分离还产生从光子到谐振器的光机械反作用力。因此，这些结果表明，机械运动可以通过激子衰变进行自调制，这使得人们能够控制谐振器的热噪声，并在固态系统中提供光子-激子-声子相互作用。
2019-01-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Observation of generalized optomechanical coupling and cooling on cavity resonance
光场与腔镜运动之间通过辐射压的光机耦合对于宏观量子物理的探索和引力波的探测具有重要意义。它已被用来冷却机械振荡器到其量子基态，并已被认为是提高GW检测器的灵敏度，例如通过光学弹簧效应。在这里，我们提出了广义的，即色散和耗散的光机耦合，与宏观（1.5毫米）^2大小的氮化硅（SiN）膜在腔增强迈克尔逊型干涉仪的实验表征。我们报告的第一次强大的光学机械冷却耗散耦合的基础上，即使在腔谐振，在良好的协议与理论。我们的结果将允许新的实验制度，在宏观量子物理和GW检测。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall gr-qc physics.optics
Enhanced detection of high frequency gravitational waves using optically diluted optomechanical filters
在35 Hz到500 Hz频段对引力波（GW）的探测导致了GW天文学的诞生。预期的信号高于500赫兹，如低质量黑洞和中子星合并签名的准正规模式，目前无法检测到，由于增加量子散粒噪声在高频率。压缩真空注入已被证明可以提高宽带灵敏度，但这种技术不会改变高频噪声的斜率。已经表明，使用具有用于热噪声抑制的强光学稀释的负色散光机械滤波器腔的白光信号再循环原则上可以允许宽带高频灵敏度的改善。在这里，我们提出了详细的AlGaAs/GaAs光机械滤波器的建模，以确定可用的参数空间中，这样的过滤器可以实现所需的低热噪声，允许有用的灵敏度提高在高频。材料损耗，解决边带条件和内部声学模式决定了谐振器的需要大大小于以前提出的。我们确定合适的谐振器尺寸，并表明，一个30 $μ$米规模的猫瓣谐振器结合光学挤压允许8倍的应变灵敏度在2 kHz的改进相比，先进的LIGO。对于该频率范围内的源，这对应于检测音量增加500倍。
2018-06-04 astro-ph.IM physics.optics
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
An opto-electro-mechanical system based on evanescently-coupled optical microbottle and electromechanical resonator
演示了二氧化硅光学微瓶谐振器和GaAs机电谐振器之间的消逝耦合。这种耦合提供了高的光学灵敏度和机械运动的有效压电可控性。基于光机检测和机电控制的光机电反馈控制在室温下的加热和冷却机制进行。这种反馈方案可以推广到具有任意结构和材料的机电谐振器中的热机械运动的有效控制。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Microcavity phonoritons -- a coherent optical-to-microwave interface
本研究在半导体微腔中实现了非绝热光机械控制与可逆光-微波互转，通过激子增强耦合激发声子激光并证实声子极化激元准粒子的产生，确立了零维极化激元凝聚体作为微波与光学域间可扩展相干接口。
2022-10-25 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Quantum dot optomechanics in suspended nanophononic strings
研究了悬浮纳米声子弦中量子点与弯曲力学模式的光-机耦合。所研究的设备的设计和单片制造的（Al）GaAs异质结。频率范围在$f$ =250 MHz至400 MHz之间的射频弹性波作为瑞利表面声波在未图案化的衬底上生成，并且作为兰姆波注入纳米声子弦中。纳米声子弦内的量子点表现出15倍增强的光机械调制相比，那些动态应变的瑞利表面声波。详细的有限元模拟的纳米声子弦的声子模式谱确认，所观察到的调制产生的价带变形势耦合通过剪切应变。相应的光机耦合参数被量化为$0.15 \mathrm{meV nm^{-1}}$。该值超过了振动纳米棒在100倍更高频率下报告的大约一个数量级。使用该值，从实验观察到的调制推导出10 nm范围内的导出垂直位移。这些结果代表了一个重要的一步，创造大规模的光机械电路接口的单光学活性量子点与光学和机械波。
2019-08-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Tensile strained $In_{x}Ga_{1-x}P$ membranes for cavity optomechanics
我们研究了生长在GaAs衬底上的拉伸应变三元InGaP纳米膜的光机械性质。这种材料系统结合了基于化学计量氮化硅的高应变膜的优点，以及薄膜半导体单晶的独特特性，如先前使用悬浮GaAs所证明的那样。在这里，我们采用在外延生长的晶格失配赋予一个内在的拉伸应变的单晶薄膜（约30纳米厚）。这些结构在室温和17 K下的机械品质因数为2*10^6或更高，本征频率高达1 MHz，在约170 MPa的拉伸应力下产生2*10^12 Hz的Q*f乘积。在高精细度的法布里-珀罗腔中对这种膜进行抛光，我们在1064 nm和室温下提取了40 ppm的总光学损耗（包括吸收和散射）的上限。进一步降低该合金的In含量将使拉伸应力水平达到1GPa，Q*f乘积可能显著增加，假设在该组成和应变水平下机械损失没有恶化。这种材料系统是一个有前途的候选人与低损耗的半导体反射镜的应变半导体膜结构的集成，并为实现增强的光机械耦合膜的堆栈。
2014-03-31 cond-mat.mes-hall 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
