A Long-lived and Efficient Optomechanical Memory for Light
本文提出一种基于光力诱导透明和软钳制机械谐振器的光存储器，在室温下实现23 ms寿命和40%效率，并有望在低温下用于量子网络中的长寿命光学量子存储。
2023-08-09 quant-ph
Optomechanical Ramsey Interferometry
本文采用Ramsey的分离振荡场方法研究光机械谐振腔中力学系统的相干性。在发射光场中，当两个脉冲在时间上分开时，观察到高分辨率的Ramsey条纹。我们发展了一个理论来描述拉姆齐条纹下的瞬态光机行为。我们还使用石英微谐振器进行了实验演示。该方法具有通用性，可用于不同类型的机械谐振器、机电谐振器。
2014-08-22 physics.optics quant-ph
Noise suppression of on-chip mechanical resonators by chaotic coherent feedback
提出了一种通过引入混沌相干反馈回路使光机械系统中的纳米机械谐振器与环境噪声解耦的方法。我们发现，反馈回路中的混沌控制器可以调制受控光机系统的动力学和诱导宽带响应的机械模式。机械模式的这种宽带响应将切断机械模式与环境之间的耦合，从而抑制机械模式的环境噪声。作为应用，我们使用受保护的光机系统作为量子存储器。结果表明，噪声解耦的光机械量子存储器可以有效地存储相干光或压缩光传输的信息。
2015-04-19 quant-ph
Optomechanical sideband cooling of a micromechanical oscillator close to the quantum ground state
将介观力学振子冷却到其量子基态是制备和控制大尺度物体低熵量子态的基础。在这里，我们预冷70 MHz的微机械石英振荡器的占用低于200量子的热化它与600 mK的冷3 He气体。通过结构缺陷态的两能级系统诱导的阻尼被证明是强烈减少，同时作为一种新的测温方法，独立量化由于冷却激光器的过度加热。我们证明了动力学反作用边带冷却可以将平均占有率降低到9+-1个量子，这意味着可以在其量子基态中找到（10+-1）%的时间。
2010-11-01 quant-ph
Proposal for a near-field optomechanical system with enhanced linear and quadratic coupling
我们提出了一个现实的系统与分离的光学和机械自由度，其中高机械质量的氮化硅膜放置在一个高光学质量的回音壁微腔。强烈增强的线性光机耦合，同时在本系统中的低光学和机械损耗，结果在一个显着的单光子合作超过300。光机械系统中的这种前所未有的协同性使得在低光强下的光学非线性成为可能，并且在产生、存储和实现量子态方面具有巨大的潜力。此外，该装置产生比迄今为止实现的显著更强的二次光机耦合，这对于测量具有高信噪比的声子散粒噪声是期望的。
2012-06-12 physics.optics quant-ph
Optomechanically induced transparency
激光与多能级原子和分子的相干相互作用会导致电子激发路径中的量子干涉。在原子三能级系统中观察到的一个突出的例子是电磁诱导透明（EIT）现象，其中控制激光对弱探测激光束诱导出窄的光谱透明窗口。伴随的折射率在该光谱窗口中的快速变化可以引起探测光的传播脉冲的群速度的急剧减小。经由控制激光器的EIT的动态控制甚至能够实现探测光脉冲在原子介质中的完全停止，即存储。在这里，我们展示了光机诱导透明（OMIT）-正式相当于EIT-在一个腔光机系统中解决边带制度。一个控制激光器调谐到腔谐振的较低的运动边带诱导的光学和机械自由度的偶极类相互作用。在这些条件下，当满足双光子共振条件时，腔内探测场的激发路径的相消干涉产生透明窗口。作为EIT的一个显著特征，控制激光的功率决定了探头透明窗口的宽度和深度。因此，OMIT可以提供一种新的方法，用于延迟，减缓和存储光脉冲在光学机械系统的长寿命机械激发中，其光学和机械特性可以在迄今为止开发的微和纳米光学机械平台中以几乎任意的方式进行定制。
2010-07-04 quant-ph
Creation, storage and retrieval of an optomechanical cat state
我们分析了一种方法的创建，存储和检索的光学力学薛定谔猫态，其中有一个量子叠加的两个不同的宏观态的机械振荡器。在该方案中，首先在光学腔中制备光学猫态，然后将其转移到机械模式，在机械模式中存储并随后使用控制场进行检索。我们使用正P相空间表示对光机械猫态的量子存储协议进行了数值模拟。这对猫态有一个紧凑的正表示，从而允许对这个高度非经典的量子系统进行概率模拟。为了验证猫态量子存储器的有效性，我们考虑了几个猫态签名，并展示了如何计算它们。我们还研究了退相干对猫态的影响，通过解析求解简化模型的标准主方程，使我们能够与数值结果进行比较。专注于作为猫状态的签名的维格纳函数的负性，我们分析评估的时间上界的负性消失，对于一个给定的温度的环境中的机械振荡器。我们表现出与数值方法的一致性。这些提供了精确的解决方案，允许在实验中，涉及使用时间模式匹配的输入和输出脉冲创建，存储和检索机械猫状态的退相干的充分治疗。我们的分析对待的光机械振荡器的内部光学和机械模式，和一套完整的输入和输出场模式，成为纠缠的内部模式。该模型包括退相干由于热效应的机械水库，以及光学和机械损失。
2018-12-05 quant-ph
Radiation-pressure cooling and optomechanical instability of a micro-mirror
最近在桌面实验或引力波干涉仪的实验进展，启发了独特的位移灵敏度提供的光学干涉。当反射镜响应于辐射压力而移动时，更高的功率操作虽然对于进一步提高灵敏度至关重要，但是将增加辐射压力的量子效应，或者甚至危及为下一代干涉仪提出的失谐腔的稳定操作。这种光学机械不稳定性的出现是反射镜的运动与光场动力学之间的非线性相互作用的结果。实际上，在失谐腔中，反射镜的位移耦合到强度波动，这修改了反射镜的有效动力学。这种“光学弹簧”效应已经在具有移动壁的电磁波导的机械阻尼、特别设计的弯曲振荡器的谐振频率以及通过二氧化硅微环形谐振器的光学机械不稳定性上得到了证明。我们在这里提出了一个实验，其中的微机械谐振器被用作一个非常高的精细光学腔和它的位移监测前所未有的灵敏度的镜子。通过失谐腔，我们已经观察到了急剧冷却的微谐振腔的腔内辐射压力，下降到10 K的有效温度。我们还得到了一个有效的加热相反的失谐，观察到的辐射压力引起的谐振腔的不稳定性。进一步的实验进展和低温操作可能导致通过被动或主动冷却技术对机械谐振器的量子基态的实验观察。
2006-07-28 quant-ph
Strong Optomechanical Coupling at Room Temperature by Coherent Scattering
系统的量子控制要求对量子态的操纵比任何退相干速率都要快。对于介观系统，迄今为止只有少数低温系统达到了这一点。量子控制的一个重要里程碑是所谓的强耦合区，在腔光力学中，强耦合区对应于大于腔衰减率和机械阻尼的光机械耦合强度。在这里，我们展示了在室温下悬浮的二氧化硅颗粒和高精细光学腔之间的强耦合机制。通过采用相干散射而不是直接驱动腔来实现法向模分裂。这里实现的耦合强度接近腔线宽的三倍，深入到强耦合区。进入强耦合区是在室温下实现介观物体量子控制的重要一步。
2021-01-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice
声与光之间的受激布里渊相互作用是所有非晶态和晶态介质中最强的非线性光学效应，在光纤和块状材料中得到了广泛的研究，但在光学微谐振器中却鲜有研究。实验扩展这一原则的可能性，激发在光子微系统中的机械共振，传感和频率参考应用，仍然在很大程度上未被探索。挑战在于，微谐振器固有地具有大的自由光谱范围，而布里渊过程的相位匹配考虑需要附近频率的光学模式，但具有不同的波矢。我们依赖于高阶横向光学模式来放宽这一限制。在这里，我们报告的实验激发的机械共振范围从49至1400兆赫，通过使用前向布里渊散射。这些自然的机械共振在~100 μ m的二氧化硅微球中被激发，并且是表面声学回音壁类型。
2011-09-12 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
Quantum dynamics of a vibrational mode of a membrane within an optical cavity
光机械系统是实现用于存储和重新分配量子信息的量子接口的有希望的候选者。在这里，我们集中在一个高精细光学腔的情况下，薄振动的半透明膜在中间。我们表明，强大的和稳定的光机纠缠可以实现在系统中，即使在不可忽略的光吸收膜的存在。我们还提供了一些初步的实验数据显示辐射压力诱导的光学双稳。
2010-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Oligonucleotide selective detection by levitated optomechanics
本研究利用悬浮光机械平台，通过功能化二氧化硅纳米颗粒检测寡核苷酸，结合洛伦兹拟合、降维和随机森林分析，实现了选择性识别。
2025-10-16 physics.optics q-bio.QM quant-ph
Optical Levitation of Nanodiamonds by Doughnut Beams in Vacuum
具有氮空位中心的光悬浮纳米金刚石有望成为高质量的混合自旋光机械系统。然而，被捕获的纳米金刚石从激光束吸收能量并在真空中引起热损伤。我们建议通过在强聚焦的甜甜圈形激光束的中心捕获复合颗粒（涂覆有吸收性较低的二氧化硅壳的纳米金刚石核）来解决这个问题。通过对囚禁稳定性、热吸收和振荡频率的系统研究，得出方位偏振高斯光束和线偏振拉盖尔-高斯光束${\rm LG}_{03}$是最佳选择。通过我们的建议，具有强吸收系数的粒子可以被捕获而不需要明显的加热，因此，基于悬浮纳米金刚石的自旋光机械系统可以在高真空中使用现有的实验技术。
2016-10-20 physics.optics quant-ph
Processing light with an optically tunable mechanical memory
机械系统是经典和量子信息处理的最有前途的平台之一，并且已经在电子学和光子学中得到广泛的应用。腔光学力学为利用机械自由度进行信息处理提供了许多新的可能性;其中之一是通过光学力学诱导的透明性将光学信号存储在长寿命的机械振动中。然而，存储器存储时间受到固有机械耗散的限制。此外，对存储信号的现场控制和操纵-处理-尚未得到证实。在这里，我们使用多模腔光机械存储器解决这两个限制。耦合到存储器的附加光场通过时变参数反馈来修改其动态。我们证明，这可以延长记忆衰减时间的数量级，减少其有效的机械耗散率的两个数量级，并确定性地转移存储场的相位超过2 $π$。这进一步扩展了腔光力学提供的信息处理工具包。
2020-12-03 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
Bidirectional microwave-optical transduction based on integration of high-overtone bulk acoustic resonators and photonic circuits
提出一种将压电致动器单片集成于氮化硅光子电路的三谐振双向微波-光学转换器，在室温下实现宽带高效转换并支持纯光输入生成微波脉冲。
2023-12-13 physics.optics quant-ph
Constraining Axion-to-Nucleon interaction via ultranarrow linewidth in the Casimir-less regime
本文发展了一种探测轴子-核子相互作用的量子光学方法。在此，我们研制了一个由二氧化硅纳米球和光腔组成的悬浮光机系统。我们平移纳米球的捕获位置，导致其共振频率的偏移，这可以通过测量透射光谱中的共振偏移来确定。此外，频率偏移可以通过减法与两个轴子交换产生的附加力有关。在噪声分析、估计和计算的基础上，对轴子-核子相互作用的耦合常数$g_{an}$和$g_{ap}$设定了严格的预期约束。在$g_{an}^2 = g_{ap}^2$的情况下，我们的约束是最严格的超宽轴子质量范围约从$10^{-4}μeV$到$10$ $eV$。
2021-07-17 hep-ex quant-ph
Quantum storage of entangled telecom-wavelength photons in an erbium-doped optical fibre
未来量子互联网的实现需要在本地节点处理和存储量子信息，并使用自由空间和光纤链路将远程节点互连。光的量子存储器是这种量子网络的关键要素。然而，迄今为止，既没有报道用于在与标准电信光纤基础设施兼容的波长下操作的光的非经典状态的原子量子存储器，也没有报道量子存储器的基于光纤的实现。在这里，我们展示了存储和忠实的回忆的状态的1532 nm波长的光子，纠缠与795 nm的光子，在一个合奏的低温冷却铒离子掺杂到一个20米长的硅酸盐纤维使用光子回波量子存储协议。尽管目前效率和存储时间有限，但我们的宽带光物质接口使基于光纤的量子网络更接近现实。此外，它还有助于对非常规材料中的光-物质相互作用和集体原子效应进行新的测试。
2015-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.optics
