Cavity optomechanics with Si3N4 membranes at cryogenic temperatures
我们描述了一种低温腔光学机械系统，结合氮化硅膜与机械刚性法布里-珀罗腔。极高的品质因数频率产品的膜，使我们能够冷却MHz的机械模式的声子占用小于10，开始在浴温度为5开尔文。我们表明，即使在寒冷的温度热占据的腔体元件的机械模式可以是一个限制，我们讨论的方法来减少这些影响足以实现基态冷却。这个有前途的新平台应该有多种用途的混合装置和辐射压力散粒噪声的搜索。
2012-08-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Frequency locking and controllable chaos through exceptional point in optomechanics
我们在由两个机械耦合的光机械腔（OMC）组成的系统中设计机械增益（损耗）。通过用蓝（红）失谐的激光驱动谐振器来控制增益（损耗）。我们预测分析存在多个例外点（EP），一种形式的退化的系统的特征值合并。在每个EP，发生相变，并且系统从弱耦合区切换到强耦合区，反之亦然。在弱耦合状态下，系统锁定在中间频率上，这是由EP处的聚结引起的。而在强耦合区，则会激发出两个或多个力学模态，这取决于系统参数。当两个机械模同时作用时，机械谐振器呈现拉比振荡，反之，在强耦合区，相互作用触发混沌。这种混沌是有界的EP，使其易于控制，通过调整这些退化。此外，这种混沌吸引子出现在低驱动功率，当耦合OMC都在蓝色边带驱动时发生的情况相比。这些工作开辟了有前途的途径，使用EP作为一种新的工具，研究集体现象（同步，锁定效应）在非线性系统，并控制混沌。
2018-07-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-excited oscillation and synchronization of an on-fiber optomechanical cavity
我们研究了一个完全光纤光机械腔，并表征其性能作为传感器。通过在光纤尖端附近图案化悬挂的金属镜并通过在光纤内部引入静态反射器来形成腔。光致自激振荡（SEO）观察到的阈值以上的注入激光功率。可以通过周期性地调制注入到腔中的光功率来同步SEO相位。研究了系统在同步区域的噪声特性。此外，频谱是在调制频率的不同值附近测量的，在该调制频率处发生锁相。一个普遍的行为是揭示在相位锁定和自由运行的SEO区域之间的过渡。
2019-05-09 physics.optics quant-ph
High-Q nested resonator in an actively stabilized optomechanical cavity
涉及微机械和纳米机械谐振器的实验需要仔细设计，以减少机械环境噪声。一种小规模片上方法是向系统添加额外的谐振器作为机械低通滤波器。不幸的是，低通滤波器固有的低频导致系统容易被机械激励。固定附加谐振器确保谐振器本身不会被环境激发。然而，这否定了低通滤波器的目的。我们解决了这个明显的悖论，通过施加主动反馈的谐振腔，从而最大限度地减少相对于前镜的光机械腔的运动。这种方法不仅主动稳定腔长，而且还保持了片上振动隔离。
2017-01-23 physics.optics
Nested Trampoline Resonators for Optomechanics
光学机械设备开发中的两个主要挑战是实现低机械和光学损耗率以及与环境的振动隔离。我们解决了这两个问题，制造蹦床谐振器由低压化学气相沉积（LPCVD）硅$_3$ N $_4$与分布式布拉格反射镜（DBR）的镜子。我们设计了一个嵌套的双谐振器结构，在内部谐振器频率与安装表面的机械隔离为80 dB，我们证明了高达45 dB的隔离在较低的频率与设计一致。我们可靠地制造出室温下机械品质因数约为400，000的器件。此外，这些器件还用于形成精细度高达181，000 $\pm$ 1，000的光学腔。这些有前途的参数将使实验在量子制度与宏观机械谐振器。
2016-01-06 physics.optics quant-ph
Electromagnetically induced transparency and slow light in two-mode optomechanics
我们从理论上证明了机械介导的电磁感应透明的双模腔光机系统，其中两个腔模式耦合到一个共同的机械谐振器。当两束泵浦光分别驱动两个腔模在其各自的红边带上时，由于相消干涉，在探测透射谱中出现了一个透明窗口。在这种情况下，透射的探测光可以延迟多达4 μ s，这可以容易地通过泵浦光的功率来控制。此外，我们还研究了当一个腔在其蓝边带驱动，而另一个腔在其红边带驱动时，由于相长干涉，透射探测光束的放大。
2013-01-08 physics.optics quant-ph
Characterization of radiation pressure and thermal effects in a nanoscale optomechanical cavity
导波纳米结构中的光学力最近被提出作为机械致动和调谐光学元件的有效手段。在这项工作中，我们研究了由一对图案化氮化硅纳米梁组成的光子晶体光机械腔的特性。化学计量氮化硅薄膜中的内应力用于产生范围从560到40nm的束间缝隙间隙。一个通用的泵探测测量计划，确定，自洽，热机械，热光，和辐射压力效应的贡献。对于具有40 nm缝隙间隙的设备，对于强耦合对称腔超模，测得的光学梯度力为每个腔光子134 fN，产生的静态腔调谐大于寄生热机械或热光效应的五倍。
2009-06-18 physics.optics
Optomechanical damping of a nanomembrane inside an optical ring cavity
我们从实验和理论上研究了在介质镜制成的光学环形谐振腔中与光耦合的机械纳米振荡器。我们确定了一个光学机械阻尼机制，这是从根本上不同的众所周知的冷却驻波腔。然而，在驻波腔中，机械振荡使腔的谐振频率偏移，而在环形谐振器中，频率不改变。相反，节点的位置随着机械偏移而移位。我们推导出阻尼率和测试实验结果与氮化硅纳米膜。结果表明，必须考虑介质镜涂层的小缺陷的散射来解释测量的阻尼率的值。我们扩展了我们的理论模型，并考虑在腔中的第二个反射器，捕获镜后向散射的影响。这个模型也可以用来描述两个膜的情况，都与腔场相互作用。这可能是有趣的未来的工作同步的远距离振荡器耦合腔内光场。
2016-08-09 physics.optics
Optomechanical coupling between two optical cavities: cooling of a micro-mirror and parametric normal mode splitting
我们提出了一种技术，旨在冷却谐振镜机械耦合到另一个振动镜的量子力学基态。我们的方法涉及两个光学腔之间的光机械耦合。我们表明，冷却可以控制的两个可移动的反射镜之间的机械耦合强度，两个振荡镜的机械模式之间的相位差和每个腔中的光子数。我们还表明，机械和光学冷却可以通过将能量从一个腔转移到另一个腔来实现。我们还分析了简正模分裂（NMS）的发生。我们发现，两个振荡镜的杂交与两个驱动光场的波动发生，并导致分裂的机械和光学波动谱。
2011-02-06 physics.optics
Optoelectronic forces with quantum wells for cavity optomechanics in GaAs/AlAs semiconductor microcavities
辐射压力、电致伸缩和光热力被用来研究腔光学力学中的反作用、非线性和量子现象。我们在这里通过一个详细的研究，观察到的腔机械模式的相对强度时，用脉冲激光激发接近GaAs的光隙，涉及真实的载流子激发和变形势相互作用的光电子力是最强的机制，在半导体GaAs/AlAs分布布拉格反射器光机械谐振器的光到声转换。我们表明，超快的空间重新分布的光激发载流子在微腔与大量的GaAs间隔导致增强耦合到基本的20 GHz垂直极化机械呼吸模式。沿着器件生长轴的载流子扩散可以通过增加激光功率来增强，或者通过在腔间隔物中嵌入GaAs量子阱来限制，这里使用的策略是证明和设计具有真实载流子的声子产生中的光电力。所观察到的现象的波长依赖性提供了进一步的光电力的作用的证据。与不同的干预机制及其相关的光学力学的动态反作用的光学力进行评估，使用有限元方法。研究结果为迄今为止很少研究光机械固态谐振器中存在光电子力的动态反作用开辟了道路。
2018-03-23 physics.optics
Optimal optomechanical cavity setups with highly reflecting membranes
针对腔光力学中高反射膜装置的优化选择问题，分析对比四种装置的协同度等品质因数，提出膜寄生损耗可忽略时膜在后端装置为最优，可大幅提升协同度，助力量子区非线性光力学研究。
2024-03-06 physics.optics quant-ph
Optomechanics of chiral dielectric metasurfaces
电磁场与机械自由度的耦合最近显示出特殊的和创新的应用，最终导致介观光学机械设备在量子运动机制中运行。与此同时，微机械元件提供了新的方法来增强和操纵无源光子元件的光学特性。根据这一概念，在这篇文章中，我们将展示如何结合手性超颖表面与GaAs悬浮微膜可以提供新的方案，用于控制近红外线光束的偏振态。从手性超颖表面静态实现目标偏振态和圆二色性和线性二色性的不寻常属性开始，我们报告了机械诱导的~300 kHz偏振调制，在速度方面，与液晶商业设备相比，这是有利的。此外，我们演示了如何机械共振可以通过由腔内光子触发的热弹性效应的输入光偏振（和手性状态）的非平凡的影响。这项工作开创了偏振光学力学领域，可以为快速偏振器件，偏振调制器和动态可调谐手性态发生器和检测器铺平道路，以及获得新形式的偏振非线性和控制。
2018-10-03 physics.optics
Multimode optomechanical dynamics in a cavity with avoided crossings
腔光学力学为控制光场和机械运动提供了强有力的方法。许多建议已经预测，这种控制可以在多个腔模式通过单个机械振荡器的运动彼此耦合的设备中得到相当大的扩展。在这里，我们研究这样一个多模光机械设备的动力学特性，其中腔模式之间的耦合的结果从机械诱导避免交叉腔的频谱。在避免的交叉点附近，我们发现光学弹簧显示出由腔模之间的相互作用产生的独特特征。精确地在一个避免的交叉，我们表明，特定形式的光学弹簧提供了一个经典的模拟的量子非爆破测量的腔内光子数。机械振荡器的布朗运动，在这些测量中的噪声的一个重要来源，是最小化操作的设备在低温温度（500 mK）。
2014-09-10 physics.optics quant-ph
High-Efficiency Low-Noise Optomechanical Crystal Photon-Phonon Transducers
针对低温下光吸收热噪声限制光力学晶体重子转换器性能的问题，研究人员提出侧面耦合机械分离光波导的二维硅OMC谐振器方案，大幅降低加热速率，实现高转换效率与低附加噪声，推动量子极限微波光转换与光控量子声存储器发展。
2024-06-22 physics.optics quant-ph
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
Direct laser-written optomechanical double membranes in an optical microcavity
University of Bonn（波恩大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究采用3D直接激光写入技术制备光纤法布里-珀罗微腔中的双膜谐振器，实现可控机械模式杂化与增强集体光机械耦合，为多模腔光力学提供可扩展平台。
2026-10-30 physics.optics quant-ph
Design of a quasi-2D photonic crystal optomechanical cavity with tunable, large $x^2$-coupling
我们提出了一种机械兼容的准二维光子晶体腔的光学和机械设计，该腔由薄膜硅形成，其中一对线性纳米尺度狭缝用于产生两个耦合的高$Q$光学谐振。的光学腔超模，其频率被设计为位于$1500$ ~nm波长带，示出强烈的相互作用与机械共振的结构，其频率范围从几MHz到几GHz。根据对称性的机械模式和对称性的槽的大小，我们表明，光学超模之间的光机耦合可以是线性或二次的机械位移振幅。调谐的纳米级槽的大小也示出调整的幅度和符号的腔超模分裂$2J$，使近共振的两个光学超模之间的运动散射，大大提高了$x^2$耦合强度。具体地，对于在$10$ ~MHz处的结构的中心纳米梁的基本弯曲模式，每声子线性交叉模式耦合率被计算为$\tilde{g}_{+-}/2π= 1$ ~MHz，对应于对于大于辐射限制的超模线宽的模式分裂$2J/2π= 1$ ~GHz的$\tilde{g}'/2π=1$ ~kHz的每声子$x^2$耦合率。
2016-07-04 physics.optics
Nonlinear optical response properties of a quantum dot embedded in a semiconductor microcavity : possible applications in quantum communication platforms
我们从理论上研究了嵌入固态微腔中的单个量子点与量子化腔模和晶格振动引起的形变势相互作用的混合系统的光学双稳、机械诱导吸收和Fano共振。我们发现量子点与腔模的耦合可以调节双稳态。我们进一步表明，归一化的功率传输显示异常色散，表明该系统可以用来产生慢光。我们还论证了将该系统用作全光机械克尔开关的可能性。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Direct space-time modeling of mechanically dressed dipole-dipole interactions with electromagnetically-coupled oscillating dipoles
本文通过直接电磁模拟方法研究机械振荡下耦合电偶极子的辐射动力学，揭示偶极-偶极共振与Floquet态耦合产生的多峰光谱及其分裂、压缩和移动现象，并用Floquet理论加以验证。
2025-05-10 physics.class-ph physics.optics quant-ph
High-finesse Fabry-Perot cavities with bidimensional Si$_3$N$_4$ photonic-crystal slabs
二维光子晶体平板（PCS）的光散射会导致与Fano共振相关的显著干涉效应。这种器件为各种应用提供了分布式布拉格反射器或滤波器的有吸引力的替代方案，例如光波长和偏振滤波器、反射器、半导体激光器、光电探测器、生物传感器或非线性光学部件。悬置的PCS还在光学机械领域中找到自然的应用，其中悬置板的机械模式经由辐射压力与高精细度腔的光场相互作用。无缺陷悬浮PCS在垂直入射附近的反射率和透射率特性可用于通过将其集成在自由空间腔中来将平面外机械模式耦合到光场。在这里，我们证明了成功实现的PCS反射器上的高拉伸应力Si $_3$ N $_4$纳米膜。通过对光子晶体能带图的测量，解释了高反射率的物理过程。此外，我们引入了一个明确的理论描述的膜散射特性的存在下的光学损失。通过将PCS嵌入到高精细度腔中，我们充分表征了其光学特性。光谱、角分辨和偏振分辨的测量结果表明，薄膜的反射率具有很宽的可调谐性，从0到99.9470~ $\pm$ 0.0025%，材料吸收不是光损耗的主要来源。此外，在这项工作中证明的空腔存储时间超过了低阶机械鼓模式的机械周期。这种所谓的分辨边带条件是实现用光对机械谐振器的量子控制的先决条件。
2016-06-13 physics.optics quant-ph
Integrated optical force sensors using focusing photonic crystal arrays
机械振荡器是许多传感器应用的核心。最近，几个研究小组已经开发出了由高应力氮化硅薄膜制成的光学探测振荡器。它们表现出几个aN/Hz $^{1/2}$的出色力灵敏度，并且还可以制成高反射性，用于有效检测。光学读出通常需要复杂的实验设置，包括定位平台和庞大的腔体，这使得它们在实际应用中不切实际。在本文中，我们提出了一种基于带有光子晶体反射器的低损耗氮化硅机械谐振器构建完全集成的全光学力传感器的新方法。我们可以通过模拟一个纯粹由氮化硅制成的悬浮聚焦光子晶体来规避以前在稳定性和复杂性方面的限制。我们的设计可以实现全集成传感器，由集成完整Fabry-Pérot腔的单个模块构建而成，无需组装或对准。所提出的模拟将允许基于高Q氮化硅膜的传感器的彻底简化。我们的研究结果包括，据我们所知，第一次模拟的聚焦镜由机械悬挂的平膜与亚波长厚度。几百$μ$ m和mm之间的腔长度应该是直接可实现的。
2017-04-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Nonlinear Dynamics in an Optical Levitation System
机械振子的光悬浮被认为是一种很有前途的方法，可以消除环境噪声，提高机械品质因数。在这里，我们调查的动态独立的镜子作为顶部反射镜的垂直光学腔，设计作为一个试验台的三脚架腔光学悬浮设置。为了达到毫克级反射镜的悬浮状态，腔内光场的光强度接近3 MW cm $^{-2}$。我们确定了三种不同的光机械效应：声振动的激发，由于光热吸收的膨胀，以及由于辐射压力的反射镜的部分剥离。这些效应通过腔内光场相互耦合，并引起包括高阶边带产生、光学双稳、参量放大和光学弹簧效应在内的复杂系统动力学。我们修改的反射镜的响应与主动反馈控制，以提高系统的整体稳定性。
2021-02-16 physics.optics
Tunable Polymer/Air Bragg Optical Microcavity Configurations for Controllable Light-Matter Interaction Scenarios
复杂的光学系统，如先进的光刻和加工技术实现的高质量微腔，为各种光-物质相互作用（LMI）研究铺平了道路。在外延、涂层技术或不稳定的开放腔结构中没有晶格匹配约束的情况下，聚合物光致抗蚀剂的亚微米精确光刻显影为基于材料的透明度和几何尺寸的各种光谱区域的聚合物微腔结构铺平了道路。我们介绍了一种新的方法的基础上的三维光刻胶，它可以用来实现微观光子法布里-珀罗腔结构的机械可调谐振器模式和聚合物/空气布拉格反射镜，直接在芯片或器件衬底。我们通过传输矩阵计算和计算机辅助建模证明，具有多达两个“空气布拉格”反射器的开放微腔包括交替的聚合物/空气镜对层，能够实现压缩诱导模式调谐，这可以使许多LMI实验受益，例如2D材料，纳米颗粒和分子。
2021-03-30 physics.app-ph physics.optics
High-Stress Si3N4 Reflective Membranes Monolithically Integrated with Cavity Bragg Mirrors
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究提出了一种高应力Si3N4反射膜与腔体布拉格镜单片集成方法，实现了高Q因子的光力学器件，适用于精密传感和量子光子学。
2026-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Power Laser Drives Motion in Ultra-thin Photonic Crystal Lightsails via Radiation Pressure
Department of Precision and Microsystems Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学精密与微系统工程学院）
本研究制造了最大尺寸的亚波长系留光帆，通过共振光子模式实现99%反射率，并在高激光强度下产生高达1.75微米的辐射压力位移，为高功率纳米光子学和光驱动推进提供了实验平台。
2026-06-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
High-performance near- and mid-infrared crystalline coatings
基片转移结晶膜是近年来光学干涉膜领域的一个突破性的新概念。基于我们对该技术的初步演示，我们现在已经实现了这些新型单晶$GaAs/Al_{x}Ga_{1-x}As$多层膜的极限光学性能的显著改善。在近红外（NIR）中，对于覆盖1064至1560 nm的涂层中心波长，我们已经将多余的光学损耗（散射+吸收）降低到低至百万分之三的水平，使得能够在1550 nm附近的电信相关波长范围实现超过$3\times 10^{5}$的腔精细度。此外，我们证明了在1064 nm的亚ppm光吸收的直接测量。同时，我们研究了这些涂层的中红外（MIR）特性，并观察到在这个重要波长区域首次尝试的出色性能。具体而言，我们验证了3300和3700 nm波长的百ppm水平的过量损耗。综上所述，我们的近红外光学损耗现在与离子束溅射多层涂层完全竞争，而我们的第一个原型MIR光学器件已经达到了覆盖光学气体传感指纹区域这一部分的反射器的最先进性能水平。使用我们的晶体涂层技术制造的反射镜具有最低的机械损耗，因此具有最低的布朗噪声，最高的热导率，以及在单一材料平台中的任何“超级反射镜”技术的最宽光谱覆盖范围。展望未来，我们看到了一个光明的未来，晶体涂层的应用需要最终水平的光学，热，光学机械性能
2016-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Lattice tuning of optical and mechanical interactions in gold nanodisk metasurfaces
Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学）；CONICET-Universidad de Buenos Aires（阿根廷国家科学与技术研究理事会-布宜诺斯艾利斯大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本研究通过双色泵浦-探测光谱和模拟，探究金纳米盘超表面中晶格间距对光学与机械耦合的调控，发现瑞利异常调谐及多种机械模式的不同响应。
2026-10-08 physics.optics
