Nano-optomechanical resonators in microfluidics
纳米机械装置在水环境中的操作一直是具有挑战性的，由于强烈的粘性阻尼，极大地阻碍了机械运动。在这里，我们展示了一个集成在微流体系统中的光机械微轮谐振器，支持低损耗的光学谐振在近可见波长的品质因数高达150万。该器件在空气中可以工作在自激振荡模式，阈值功率为45 μ W。非常高的光学Q允许在空气和水环境中以高信号背景比观察机械模式的热布朗运动。建立了一个数值模型，计算了周围水对装置的水动力效应，与实验结果吻合较好。该器件具有很高的谐振频率（170 MHz）和很小的负载质量（75 pg），估计在带宽为1 Hz的液体环境中具有attogram级的质量灵敏度。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Suspension-Free Integrated Cavity Brillouin Optomechanics on a Chip
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Tsinghua University（清华大学）
本研究在无悬挂的铌酸锂芯片上实现腔布里渊光机械学，展示电信波段光与9.6 GHz声子的强相干耦合，支持多通道并行，为晶圆级混合量子电路提供新平台。
2025-10-23 physics.optics
Unifying Brillouin scattering and cavity optomechanics
到目前为止，布里渊散射和腔光学力学大多是不相关的研究分支-尽管两者都涉及光子-声子耦合。这就要求发展一个包含这两个领域的更广泛的理论。在这里，我们从布里渊有源波导的动力学推导出光机械腔的动力学。这种明确的转变阐明了布里渊放大和电磁感应透明等现象之间的联系。证明了腔光力学中常见的效应都有行波伴，但反之则不然。我们揭示了在这些领域中的两个重要参数之间的密切联系：布里渊增益系数和零点光机耦合率。这使得不同的系统之间的比较超冷原子云，等离子体拉曼腔和纳米硅波导。此外，信封背面的计算表明，未观察到的效果，如光子辅助放大的旅行声子，现在可以在现有的系统。最后，我们制定电路和腔面向光学力学的真空耦合率，合作和增益系数，从而反映了在基础物理的相似性。
2016-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Guided acoustic and optical waves in silicon-on-insulator for Brillouin scattering and optomechanics
我们数值研究硅波导二氧化硅显示，它是可能的，同时引导光和声波在技术上重要的绝缘体上硅（SOI）材料系统。薄波导或翅片在千兆赫频率下表现出几何软化的机械模式，其相速度低于玻璃中的瑞利速度，从而消除了声辐射损失。我们提出了在玻璃上的缝隙波导，其具有电信光频率和强辐射压力，分别导致后向和前向布里渊散射的布里渊增益在500和50，000 1/（Wm）的量级。
2016-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modulation of Brillouin optomechanical interactions via acoustoelectric phonon-electron coupling
光学机械布里渊非线性--由行进的光子和声子之间的耦合引起--已经成为一系列强大的光学信号处理和传感技术的基础。这种相互作用的动力学在很大程度上由主体材料的弹性、光学和光弹性性质设定和限制，这些性质通常被认为是固有的和静态的。在这里，我们第一次表明，它是可行的，通过声电声子-电子耦合的透明半导体中的布里渊非线性极化率的动态重新配置。声电相互作用允许声子耗散率和速度的宽范围的可调谐性，这可能是布里渊非线性极化率中最有影响力的参数。我们开发了一个基于哈密顿的分析，产生自洽的动力学方程和噪声耦合，使我们能够探索这种声电增强布里渊（AEB）相互作用的物理，并表明它们会引起基于布里渊的光子技术的性能的显着增强。此外，我们表明，这些AEB效应可以驱动系统进入新的制度，完全相干散射类似的光学参量过程的动态，显着不同的非相干传统布里渊极限。我们提出并计算探讨了一种特殊的半导体异质结构，其中声电相互作用产生的压电声子-电子耦合。我们发现，该系统提供了必要的压电和载流子响应（$k^2\approx 6 \%$），有利的半导体材料的性能，和大的光机械限制和耦合（$|g_0|\approx8000$（rad/s）$\sqrt{\text{m}}$）足以证明这些新的AEB增强的光机械相互作用。
2021-11-02 physics.app-ph physics.optics
Thermal Brillouin noise observed in silicon optomechanical waveguide
受激布里渊散射是最近在纳米硅波导中观察到的。令人惊讶的是，这些结构中的热驱动光子-声子转换尚未报道。在这里，我们注入一个光学探针悬浮硅波导和测量其相位波动的输出。我们观察到的机械共振约8 GHz的散射效率为$10^{-5} \, \text{m}^{-1}$和信噪比为2。观察结果与这些波导中的噪声理论以及受激测量结果一致。我们的方案可以简化纳米级波导中的机械签名的测量，并且是朝着更好地掌握这些新的连续光机械系统中的热噪声迈出的一步。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electromechanical Brillouin scattering in integrated optomechanical waveguides
在著名的受激布里渊散射（SBS）过程中，材料中的自发声学声子被激光激发并将激光散射成斯托克斯边带。SBS在光纤中变得更加明显，并已被利用来放大光信号，甚至实现激光发射。SBS的开发最近在集成光子学平台上激增，因为波导中光子和声子的同时限制导致急剧增强的相互作用。代替被光激励，相干声子也可以以非常高的效率被机电激励，如在射频声学滤波器中所利用的。在这里，我们展示了机电激发布里渊散射集成光机械波导的压电材料氮化铝（AlN）。用纳米制造的机电换能器激发频率为16 GHz的声学声子，以将波导中的反向传播光子散射成单个反斯托克斯边带。研究表明，布里渊散射的相位匹配条件可以通过改变光波长和声波频率来实现可调谐单边带调制。结合布里渊散射光子学与纳米机电系统，我们的方法提供了一个有效的微波和光学光子之间的接口，这将是重要的微波光子学和潜在的量子转导。
2019-05-09 physics.optics quant-ph
Vertical engineering for large stimulated Brillouin scattering in unreleased silicon-based waveguides
硅基波导中的强声光相互作用通常需要释放硅芯以避免机械泄漏到下面的二氧化硅衬底中。这使制造复杂化，限制了热化，降低了机械鲁棒性，并且阻碍了单个芯片上的大面积光机械器件。在这里，我们克服了这个限制，采用垂直光子-声子工程。具体地，在硅引导芯和二氧化硅衬底之间插入厚氮化硅层有助于减少GHz频率声子泄漏，从而在未释放平台中实现大的布里渊增益值。我们得到的值的布里渊增益约300（Wm）$^{-1}$为不同的配置，这可能会进一步增加在低温下的操作。这些值应该能够观察到厘米级波导或更紧凑的环形谐振器中的布里渊相关现象。这一发现为在硅片上实现大面积无释放腔和波导光机械铺平了道路。
2020-11-04 physics.optics
Optomechanical compensatory cooling mechanism with exceptional points
布里渊散射光机系统的基态冷却受到实际样品缺陷的限制。本文提出了一种新的布里渊散射光机系统例外点补偿冷却机制。通过在光学和机械模式下使用EP，有效地补偿了有限的冷却过程。本文首次发现了由两个具有特定相对角度的缺陷诱导的双EP系统，它不仅具有主动控制光模耦合强度的功能，而且具有主动控制布里渊声子模的功能。我们的研究结果为多模系统中光-机相互作用的控制提供了新的工具，并为量子应用中基于声子冷却的量子态转移和量子接口协议的实现提供了可能性.
2022-09-07 physics.optics quant-ph
Brillouin optomechanics in the quantum ground state
体声波谐振器由于具有较长的相干时间以及与光子和超导量子比特的可控耦合，在微波-光转换器中具有重要的应用前景。然而，为了使光机械换能器在没有有害的附加噪声的情况下操作，机械模式必须处于量子基态。这在最近的基于其他类型的机械谐振器的转导演示中已经证明是具有挑战性的，其中激光的吸收引起声子模式的加热。在这项工作中，我们演示了基态操作的布里渊光学机械系统组成的石英体声波谐振器内的光学腔。该系统在稀释制冷机内的$\sim$ 200 mK温度下运行，这是通过设计系统使其在冷却期间自对准并且对机械振动相对不敏感而实现的。我们展示了几种声子模式的光机耦合，并进行边带不对称测温，以证明在基温下低于0.5声子的热占据。这构成了迄今为止在量子基态中测量的最重的（$\sim$ 494 $μ$ g）机械物体。进一步的测量证实，激光加热对声子占据的影响可以忽略不计。我们的研究结果为基于体声波谐振器的低噪声、高效率的微波-光转换铺平了道路。
2023-03-08 physics.optics quant-ph
Superfluid Brillouin Optomechanics
光学机械系统将电磁腔耦合到通常由固体物体形成的机械谐振器。这些系统可获得的现象的范围取决于机械谐振器的特性以及它耦合到腔场的方式。在这两个方面，由超流液氦形成的机械谐振器提供了几个吸引人的特征：低电磁吸收，高导热性，消失的粘度，众所周知的机械损耗，以及与低温腔的原位对准。此外，它提供的自由度与固体的自由度在性质上不同。在这里，我们描述了一个光学机械系统组成的微型光学腔充满超流氦。腔镜以近乎完美的重叠定义光学和机械模式，从而产生约3 kHz的光机耦合率。这种耦合被用来驱动超流体;它也被用来观察超流体的热运动，分辨平均声子数低至11。
2016-02-18 physics.optics quant-ph
Boundary-dominated optomechanics in silicon metamaterial membranes
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（纳米科学和纳米技术中心，法国国家科学研究中心，巴黎萨克雷大学）；Telecommunication Research Institute (TELMA), Universidad de Málaga（马拉加大学电信研究所）；Photonic Systems Laboratory, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院光子系统实验室）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本文提出利用垂直呼吸机械模式与横向磁光学模式耦合，实现硅膜中高频率光声学信号处理，展示出12GHz的布拉格增益与高Q因子比。
2026-05-08 physics.optics
Loading-effect-based 3-D microfabrication empowers on-chip Brillouin optomechanics
本文提出一种悬浮纳米线结构，结合基于负载效应的三维微加工技术，实现片上布里渊光机械学，获得高增益系数，推动大规模集成。
2024-02-04 physics.app-ph physics.optics
Bulk crystalline optomechanics
布里渊过程通过光机械三波相互作用耦合光和声音。在散装固体中，这种耦合是由固有的光弹性材料响应介导的，产生高频（GHz）声学声子的相干发射。这种相互作用产生了强的光学非线性，几乎在所有固体中都超过了拉曼或克尔非线性。在本文中，我们表明，从根本上改变了布里渊相互作用的强度和性质在低温下，当声子相干长度超过系统的大小。在这个极限下，固体成为一个相干的光学机械系统，宏观（厘米尺度）声子模式拥有大（$60\ μ\rm{g}$）运动质量。通过将晶体表面成形为共焦声子谐振器而形成的这些声子模式产生可观的光机械耦合率（${\sim}100$ Hz），从而提供在高（$12$ GHz）载波频率下获得超高$Q$因子（$4.2{\times}10^7$）声子模式的途径。单通非线性光学极化率从室温值提高了四个数量级以上。通过使用体属性，而不是纳米结构控制，这种相对简单的方法是诱人的能力，工程师在高频率和高功率处理的光机耦合。与腔光学力学相反，我们表明，该系统产生了一种独特形式的色散对称性破缺，使得能够在没有光学腔的情况下选择性地加热或冷却声子（即，无腔光学机械学）。扩展这些结果，实际上任何透明的晶体材料都可以成形为光学机械系统，作为材料光谱学、激光物理学、精密计量学、量子信息处理和宏观量子相干性研究的基础。
2017-03-23 physics.optics
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
Electrically interfaced Brillouin-active waveguide for multi-domain transduction
本文提出集成压电换能器的布里渊有源光力学波导，利用连续光学模式实现宽带、双向光-微波转换，并演示多通道微波光子滤波。
2023-07-15 physics.app-ph physics.optics
All-Optical Control of Light Group Velocity with a Cavity Optomechanical System
我们从理论上证明了通过由光学腔和机械谐振器组成的腔光机系统对光群速度的完全全光控制。这种实现不依赖于腔内的特定材料，光群速度的控制源于信号光与腔内移动的光学衍射光栅之间的相互作用，类似于受激布里渊散射（SBS）。此外，我们表明，从慢光到快光的可调谐开关，可以实现只有通过简单地调整泵浦腔失谐。该方案将为光机系统中的全光光速控制开辟一条新的途径。
2010-11-23 physics.optics
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
Stimulated Forward Brillouin Scattering in Subwavelength Silicon Membranes
National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本研究针对硅纳米光子波导中光机模式强交叠与紧限制的难题，提出结合两种周期晶格的双晶格策略，实现了超高布里渊增益，为片上光机相互作用调控提供了新途径。
2025-07-23 physics.optics
Cavity optomechanics with ultra-high Q crystalline micro-resonators
我们首次在超高Q晶体回音壁模（WGM）谐振器中观察到光-机耦合。晶体材料的高纯度使得光学品质因数超过10^{10}，精细度超过10^{6}。同时，获得大于10^{5}的机械品质因数，仍然受到夹持损失的限制。与先前展示的圆柱形谐振器相比，机械模式的有效质量可以通过制造CaF 2微盘谐振器而显著降低。在10^{-18} m/sqrt{Hz}级的光学位移监测揭示了频率高达20 MHz的机械径向模式，对应于前所未有的边带因子（>100）。与晶体材料中的弱固有机械阻尼一起，这种高sindeband因子使得晶体WGM微谐振器有希望用于反作用规避测量、分辨边带冷却或光机械法向模式分裂。此外，这些谐振器可以在光机械布里渊激光可以变得可访问的机制中操作。
2010-03-23 physics.optics
All-Optical Brillouin Random number Generator
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高等研究中心）；Dukhov Research Institute of Automatics (VNIIA)（杜霍夫自动仪器研究所）；Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics（理论与应用电磁学研究所）
基于布里渊光学机械系统，提出一种全光随机数生成器，通过控制外部泵波振幅和种子波强度实现随机比特序列的生成，并通过NIST测试验证其有效性。
2026-02-24 physics.optics quant-ph
Broadband optical nonreciprocity via nonreciprocal band structure
本研究针对单腔布里渊光机系统难以同时实现宽带宽和高隔离度光学非互易性的挑战，提出利用一维光机械阵列，通过方向性光泵浦诱导的受激布里渊散射透明形成非互易能带结构，成功实现兼具宽带宽与高隔离度的光学非互易性，为探索非互易拓扑光子和声子相等集体效应提供了新途径。
2023-09-05 physics.optics quant-ph
Resonantly enhanced nonreciprocal silicon Brillouin amplifier
在硅波导内放大光的能力对于高性能硅光子器件技术的发展至关重要。为此，通过受激布里渊散射实现的大的光学非线性为高能效的全硅放大器提供了一个有前途的途径，最近的演示产生了几dB的净放大。然而，将放大程度缩放到技术上令人信服的水平（>10 dB），这对于从滤波到小信号检测的一切都是必要的，仍然是一个重要的目标。在这里，我们显着提高布里渊放大过程中利用多空间模式硅跑道谐振器内的模式间布里渊相互作用。使用这种方法，我们在硅中展示了超过20 dB的净布里渊放大，将最先进的性能提高了30倍。这种放大程度是在中等（~15 mW）连续波泵浦功率下实现的，并产生低带外噪声。此外，我们表明，这个相同的系统作为一个单向放大器的行为，提供超过28分贝的光非互易性，而没有插入损耗的全硅平台。在这些结果的基础上，该器件概念为新型全硅注入锁定布里渊激光器、高性能光子滤波器和波导兼容分布式光机械现象打开了大门。
2019-03-10 physics.optics
Spontaneous Brillouin Scattering in a Few-Mode Optical Fiber
Department of Natural Sciences, International Christian University（国际基督教大学自然学部）
该研究通过异频检测在 few-Mode 光纤中观测并定量分析了自发布里渊散射，揭示了前向和后向散射机制及其物理特性，为量子应用和光机械学提供了新视角。
2026-01-10 physics.optics quant-ph
Anti-resonant acoustic waveguides enabled tailorable Brillouin scattering on chip
提出悬浮反谐振声波导SARAWs，在SOI平台上以紧凑结构同时支持前向与后向SBS，实现超过6.4 dB净增益、27.6 GHz频移和1,960机械品质因数。
2024-01-23 physics.optics
Surface optomechanics: Calculating optically excited acoustical whispering gallery modes in microspheres
受激布里渊散射最近允许在微型器件中实验激发表面声共振，从而能够以50 MHz至12 GHz的速率振动。这种机械回音壁模式在光子MEMS中的实验可用性提出了关于其结构和光谱分布的问题。在这里，我们计算这种振动表面回音壁模式的形式和频率，揭示不同类型的表面振动，包括纵向，横向和瑞利型变形。我们参数调查这些不同的模式，通过改变它们的顺序在方位角，径向和极方向，以揭示不同的振动结构，包括机械共振，本地化的界面附近的环境，在那里他们可以感觉到周围环境的变化。
2011-06-23 physics.optics quant-ph
Fiber-based angular filtering for high-resolution Brillouin spectroscopy in the 20-300 GHz frequency range
布里渊光谱技术是一种很有前途的非侵入性纳米成像和传感工具。一维半导体超晶格结构主要用于选择性地增强几GHz声子的产生或检测。虽然市售的布里渊光谱仪提供高分辨率光谱，但它们由复杂的实验技术组成，并且不适合于在宽范围的光波长下操作的半导体腔。我们开发了一种实用的实验方法，传统的布里渊光谱集成广泛可调谐的激发源。我们的装置结合了基于光纤的角度滤波和基于单标准具和双光栅光谱仪的光谱滤波。这种配置允许在20-300 GHz频率范围内探测受限的声学声子模式，具有出色的激光抑制和高光谱分辨率。值得注意的是，我们的方案基于通过光学腔的增强布里渊散射信号的激发和收集，允许对低声子频率进行更好的角度滤波。它可以实现在宽带光和声频范围内的腔光力学和受激布里渊散射的研究。
2020-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Microwave generation and frequency comb in a silicon optomechanical cavity with a full phononic bandgap
腔光力学已成为利用光场控制机械运动的有力工具。当用蓝失谐激光驱动光机械腔时，机械运动被放大，最终导致声子激射。在这项工作中，我们表明，硅光机械晶体腔可以被用来作为一个光电振荡器时，驱动到声子激射条件。为此，我们使用的光机械腔设计有呼吸般的机械模式振动在$Ω_{m}/2π=$ 3.897 GHz的全声子带隙。我们的测量结果表明，一次谐波显示在100 kHz的相位噪声为-100 dBc/Hz，这是一个相当大的值为一个自由运行的振荡器。更强的蓝色失谐驱动最终导致形成光机械频率梳，其中线由机械频率间隔开。我们还测量了高阶谐波的相位噪声，并表明，与布里渊振荡器不同，噪声增加对应于经典谐波混频。最后，我们提出了实时测量的梳状波形，并表明它可以调整到最近提出的理论模型。我们的研究结果表明，硅光机械腔可能是微波光子学和光学RF处理中的相关元件，特别是在需要低重量，紧凑性和光纤互连的学科中。
2019-12-13 physics.app-ph physics.optics
Optomechanically-induced chiral transport of phonons in one dimension
具有单向传输特性的非互易器件形成了用于隔离和控制光子系统中的光的关键部件。由于泵浦激光器能够打破系统中的时间和宇称对称性，光机系统已经成为光学非互易性的潜在平台。在这里，我们考虑如何光的非互易行为也可以影响光机械设备中的声音传输。我们主要讨论了准一维光学环形谐振腔的情况，其中有许多机械模通过声光效应与光耦合。无序的加入导致材料中声子输运的有限扩散，这主要是由于顺时针和逆时针声子之间的弹性后向散射。我们表明，激光泵浦场，随着假设的高品质因数，边带分辨的光学共振，抑制无序的影响，并导致出现手性扩散，方向相关的扩散出现在一个带宽类似的相位匹配带宽布里渊散射。一个简单的图解理论将观察到的机械线宽直接与相关的声子扩散性质联系起来，并有助于解释最近的实验结果。
2017-01-10 physics.optics quant-ph
Proposal for a quantum traveling Brillouin resonator
近年来，布里渊系统在量子领域的研究被认为是量子信息技术和基础科学研究的重要工具。然而，达到量子制度是非常具有挑战性的，由于严格的要求相结合的低热占用与低光学和机械耗散，以及大的相干声子-光子相互作用。在这里，我们提出了一个片上基于液体的布里渊系统，预计表现出超高的相干声子-光子耦合与异常低的声耗散。该系统由一个充满超流氦的硅基“缝隙”波导组成。这种类型的波导支持光学和声学行波，将这两个场强烈地限制在亚波长尺度模式体积中。它是单光子光机耦合率超过$240$ kHz的片上行波布里渊谐振腔的基础。这样的设备可以实现从超灵敏的基于超流体的陀螺仪到非互易光学电路的应用。此外，该平台为探索强相互作用凝聚体中的量子流体动力学开辟了新的可能性。
2020-06-08 physics.optics quant-ph
Nonreciprocal vortex isolator by stimulated Brillouin scattering in chiral photonic crystal fibre
光学非互易性打破了前向和后向传播光波之间的对称性，在光子系统中变得至关重要，并使许多关键器件成为可能，如光隔离器，环行器和光路由器。大多数传统的光隔离器涉及磁光材料，但基于光学非线性、光机械诱导透明性和受激布里渊散射（SBS）的器件也已被证明。然而，到目前为止，它们只被实现为线性或随机偏振的LP01类基本模式。本文报道了一种基于手性光子晶体光纤中拓扑选择SBS的光驱动涡旋模非互易隔离器。通过调节控制信号的频率，该器件可以被重新配置为放大器或隔离器。实验结果表明，涡流隔离的22分贝，这是在国家的最先进的基模隔离器使用SBS。这种独特的器件可能会在光通信、光纤激光器、量子信息处理和光镊等方面得到应用。
2022-03-07 physics.app-ph physics.optics
Brillouin Scattering Selection Rules in Polarization-Sensitive Photonic Resonators
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies（法国国家科学研究中心，纳米科学中心）；Quandela SAS（Quandela公司）；Université Paris-Cité（巴黎西岱大学）；Institute of Physics, Carl von Ossietzky University（卡尔·冯·奥西茨基大学物理研究所）
本文通过椭圆微柱中的光学共振独立操控偏振态，提出了一种用于20-100GHz范围布拉格光谱学的偏振过滤方案，拓展了光子系统中局部化偏振敏感模式的应用。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent Optical Coupling to Surface Acoustic Wave Devices
本文展示了通过类布里渊光力学相互作用实现与表面声波腔的直接相干光耦合，可在非压电方向访问高频SAW模式，获得创纪录品质因数并首次实现横向空间模式光谱学，为传感和混合量子系统提供新平台。
2023-07-06 physics.optics
Nonreciprocal Inter-band Brillouin Modulation
在光子电路中实现非互易光传播对于控制信号串扰和光学后向散射是必不可少的。然而，在低损耗集成光子系统中实现高保真非互易性仍然具有挑战性。在本文中，我们实验证明了一种基于非局域声光光散射的器件概念，在集成的硅光子平台中产生非互易单边带调制和模式转换。在该过程中，通过硅波导中的光学力驱动的行波声学声子用于通过线性带间布里渊散射过程调制空间分离的波导中的光。我们证明了高达38 dB的非互易性与37 dB的单边带抑制。与现有的基于布里渊和光力学的非互易性方案相比，该散射过程的带宽通过光学相位匹配而不是声学或光学谐振来设置。因此，实现了超过125 GHz的创纪录的大带宽，并有可能通过光色散工程进行进一步的重大改进。非互易调制器的工作波长在35 nm带宽的可调谐性证明通过改变光泵浦波长。这种行波声光调制器为在集成光子电路中实现宽带、低损耗的隔离器和环行器提供了一条很有前途的途径。
2018-08-10 physics.app-ph physics.optics
Shaping nonlinear optical response using nonlocal forward Brillouin interactions
我们逐渐习惯了这样一种观念，即光学折射率可以被看作是介质的一种局部性质。在非线性光学的背景下，克尔和拉曼过程都被认为是局部的，这意味着在一个位置的光场不会在空间中的不同位置产生非线性响应。这是因为在材料内产生的电子和声子扰动被限制在小于光波长的区域内。相比之下，布里渊相互作用可以导致高度非局部非线性响应，因为通过布里渊过程产生的弹性波可以占据比光波长大得多的空间区域。这些相互作用的非定域性可以用来设计新型的过程，其中高度离域的声子模式作为一个可工程化的通道，介导在不同的光波导中传播的光波之间的散射过程。这些类型的非局部光机械响应最近已被证明是信息转导的基础，但这种系统的非平凡动力学尚未被探索。在这项工作中，我们表明，三阶非线性过程中产生的空间扩展布里渊有源声子模式涉及混合产品从空间分离，光去耦波导，产生一个非本地的“联合可解释性”。我们进一步探讨了多个声学模式的耦合，并表明，多模声干扰使一个可定制的非局部非线性敏感性，表现出多极频率响应。
2019-09-17 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous Brillouin and piezoelectric coupling to a high-frequency bulk acoustic resonator
体声波谐振器支持鲁棒的、长寿命的机械模式，能够耦合到各种量子系统。在单独的工作中，这样的设备通过压电实现了与超导量子比特的强耦合，通过布里渊相互作用实现了与光学腔的强耦合。在这项工作中，我们提出了一种新的混合微波/光学平台，能够耦合到体声波通过腔增强的压电和光弹相互作用。该模块化可调系统实现了三维微波腔、高频体声波谐振器和法布里-珀罗腔之间的完全谐振和良好模式匹配的相互作用。我们实现了这种压电布里渊相互作用的x切石英，展示了强大的光机械相互作用和高协同性，使用光学腔增强的潜力。我们进一步展示了该器件如何作为一个双向电光机械换能器，量子效率超过$10^{-8}$，和一个可行的路径单位转换效率。高的光学灵敏度和在该系统中应用大的谐振微波场的能力也提供了一个新的工具，用于探测异常的机电耦合，我们证明通过调查（名义上中心对称）CaF $_2$和揭示寄生压电83 AM/V的这样的研究是新兴的量子技术的一个重要课题，并突出了这种新的混合平台的多功能性。
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Strong coupling at room temperature with a centimeter-scale quartz crystal
本文报道了一种室温下厘米级石英晶体光机械系统，通过独立控制泵浦功率和频率失谐，实现了体声波谐振器的强耦合，并观测到正规模劈裂和回避交叉，为宏观量子器件应用提供新途径。
2024-05-28 physics.optics quant-ph
Laser cooling of traveling wave phonons in an optical fiber
本文证明了利用液芯光纤中的强声光耦合和布里渊散射，可在宏观尺度上对连续行波声子进行激光冷却，在注入 120 mW 激光功率下使热声子数减少 21K。
2023-05-19 physics.optics
Single-Phonon Addition and Subtraction to a Mechanical Thermal State
在玻色子系统的热态上增加或减少一个激发量子，会产生反直觉的效果，使其平均占有率大约增加一倍。我们执行的第一个实验演示这种效果的光学外部通过实施单声子加法和减法的热状态的机械振荡器通过布里渊光学力学在光学回音壁微谐振器。使用的检测方案，结合单光子计数和光外差检测，我们观察到这种机械热波动的两倍，以高精度。这种联合点击-达因检测方案的能力为光机械量子科学和应用增加了一个重要的新维度。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Passive thermal fine-tuning of whispering gallery mode for nonlinear optics in a microcavity
回音壁模（Whispering Gallery Mode，WGM）微腔可以极大地增强非线性光学过程，如光学频率梳、拉曼散射和光机学，使其在微波合成、光学传感光谱学和集成光子学等领域有着广泛的应用。然而，它们的共振的可调谐性，主要是通过温度、电气或机械手段经由粗糙和复杂的机制，仍然对上述精密应用构成重大挑战。在这里，我们介绍了一种新的被动方案，微调谐振的WGM在MHz精度与外部探头。这种探针通过光学微腔的间隙远程传递热量，通过热光非线性有效地调谐其谐振。此外，我们探讨了这种独特的技术在微腔非线性光学，演示了可调谐光学频率梳和后向受激布里渊散射与可变拍频的产生。这项新技术解决了WGM微腔微调的核心问题，为光谱学和频率合成等重要应用铺平了道路。
2018-12-20 physics.optics
Non-Gaussian mechanical motion via single and multi-phonon subtraction from a thermal state
量子光学测量技术为通过腔光学力学对机械振荡器进行量子控制提供了丰富的途径。特别是，一个强大的，但很少探索的组合利用光学测量，以执行预示的非高斯机械状态的准备，然后通过断层扫描，以确定机械相空间分布。在这里，我们实验上进行预示单和多声子减法通过光子计数的激光冷却的机械热态与布里渊光学机械系统在室温下，并使用光外差检测测量的$s$参数化的维格纳分布的非高斯机械状态。这里开发的技术推进了基于光学的机械状态断层扫描的最新技术，并将用于利用机械量子态工程和断层扫描的广泛的应用和基础研究。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Raman Cooling of Solids through Photonic Density of States Engineering
固体振动态的激光冷却可以通过稀土元素的光致发光、光力学中的光学力和布里渊散射光-声相互作用来实现。通过自发拉曼散射的固体的净冷却和间接带隙半导体的激光制冷都仍然是未解决的挑战。在这里，我们分析表明，光子态密度（DoS）工程可以解决实现自发拉曼冷却的两个基本要求：抑制斯托克斯（加热）跃迁的主导地位，并提高反斯托克斯（冷却）效率超出材料的自然光吸收。我们开发了一个通用模型的DoS修改自发拉曼散射概率，并阐明了必要的和最低条件所需的实现净拉曼冷却。与一个适当的工程DoS，我们建立了诱人的可能性，本征硅的制冷通过湮灭声子从所有的拉曼活性模式同时，通过一个单一的电信波长泵。该结果指出了用于任何透明半导体（包括间接带隙半导体）的激光冷却的高度灵活的方法，远离显著的光学吸收、带边状态、激子或原子共振。
2015-07-31 physics.optics
Radio-Frequency-to-Optical Conversion using Acoustic and Optical Whispering Gallery Modes
回音壁模式（Whispering Gallery mode，WGM）是在球形材料表面附近循环的模式，已知其对于声波和电磁波都表现出高品质因数。在这里，我们报告了一个电光机械系统，其中重叠的WGM的声波和光波沿赤道的介质球强烈耦合到彼此。三重共振相位匹配条件仅在单边带中提供布里渊散射的大的增强，并且观察到从激励声学模式的输入射频信号到输出光信号的转换。
2020-03-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Engineering nanoscale hypersonic phonon transport
控制固体中的振动对于调整其机械特性及其与光的相互作用至关重要。热振动代表了量子水平上许多物理过程的噪声和失相的来源。避免这些振动的一种策略是构造固体，使得其具有声子阻带，即，没有可用机械模式的频率范围。在这里，我们证明了在室温下完全没有机械振动在一个广泛的光谱窗口，与5.3 GHz的宽带隙集中在8.4 GHz的图案化的硅纳米结构膜使用布里渊光散射光谱测量。通过构造线缺陷波导，我们在室温下直接测量了GHz局域模。我们在GHz频率下的热激发引导机械模式的实验结果为光-声子集成及其在光力学和信号处理转换中的应用提供了一个有效的平台。
2022-02-09 physics.optics quant-ph
Sub-optical wavelength acoustic wave modulation of integrated photonic resonators at microwave frequencies
光-声相互作用长期以来一直被用于基于块状晶体材料的各种声光器件中。传统上，这些器件在兆赫频率范围内工作，其中声波长比光波长长得多，并且需要长的相互作用长度来获得显著的耦合。利用纳米级换能器，现在可以激发具有亚光波长的声波，以在纳米光子器件中诱导强声光耦合。在这里，我们展示了微波频率的表面声波换能器与纳米光子谐振器的压电氮化铝基板上集成。实现了在10 GHz以上的谐振模式的声光调制，其中声波长显著低于光波长。在此方案中的相位和模式匹配条件进行了研究，有效的调制。新的声光平台可以产生基于非线性布里渊过程的新型光学器件，并为微波光子学和量子光力学提供光学和微波光子之间的直接宽带链接。
2014-10-04 physics.optics quant-ph
Topological optical and phononic interface mode by simultaneous band inversion
Université Paris-Saclay, CNRS, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N)（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，纳米科学与技术中心）
本研究通过GaAs/AlAs多层结构实现光和声的同时带倒置，产生共定位的界面模式，验证了其在光学反射率和相干声子生成中的应用，并提出工程规则。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
