Electrostatic actuation of silicon optomechanical resonators
光学机械系统提供了一种最灵敏的方法，用于使用光学机械谐振器的光学谐振频率的偏移来检测机械运动。目前，这些系统用于测量机械热噪声位移或由光学力致动的机械运动。先前已经示出了用于滤波器和振荡器中的硅微机电谐振器的静电电容致动和检测。在这里，我们展示了单片集成的静电电容驱动与光学传感使用硅光机械盘谐振器和波导。当输入电信号的频率为235MHz时，对应于硅微盘的径向振动模式，电激励的机械运动被观察为光强调制。
2011-02-28 physics.optics
Si$_3$N$_4$ optomechanical crystals in the resolved-sideband regime
我们展示了边带分辨的Si $_3$ N $_4$光机械晶体，其支持980 nm处的$10^5$品质因数光学模式，耦合到具有$\approx3000$品质因数的$\approx4$ GHz频率机械模式。在室温和大气中观察到腔内光子数为$10^4$量级的光机械电磁感应透明和吸收。
2013-11-26 physics.optics
Micropascal-sensitivity ultrasound sensors based on optical microcavities
回音壁模式微腔由于其光学和机械共振特性，提高了超声检测的灵敏度，已被广泛应用于高灵敏度的超声检测。腔光机系统的超声灵敏度从根本上受到热噪声的限制。在这项工作中，我们从理论和实验上研究了WGM微盘超声传感器的热噪声限制的灵敏度，并通过改变微盘的半径和厚度，以及在盘周围使用沟槽结构来优化灵敏度。使用半径为300 μ m、厚度为2 μ m的微盘，在82.6kHz处获得了1.18 μ Pa Hz^{-1/2}的峰值灵敏度，据我们所知，这是腔式光机械超声传感器的记录灵敏度。这种高灵敏度可以提高空气耦合超声感测技术的检测范围。
2022-11-15 physics.app-ph physics.optics
Phase sensitive imaging of 10 GHz vibrations in an AlN microdisk resonator
我们展示了一个高频相敏外差式振动计，工作频率高达10 GHz。使用这种外差式测振仪，振幅和相位场的基本厚度模式，径向基本和二阶模式的AlN光机械微盘谐振器被映射与位移灵敏度约为0.36皮米，在1 Hz的分辨率带宽。同步幅度和相位测量允许精确的模式识别和表征。记录的模态频率和模态参数与数值模拟结果一致。该测振仪对高频机械装置的研制具有重要意义。
2017-12-04 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Low-Loss All-Optical Zeno Switch in a Microdisk Cavity Using EIT
我们提出了一个低损耗的全光开关的理论结果的基础上的电磁感应透明和经典的芝诺效应的微盘谐振器。我们发现，控制光束可以修改原子吸收的倏逝场，抑制腔场的建立和改变弱信号光束的路径。我们预测超过35分贝的开关对比度小于0.1分贝的损失，仅使用2微瓦的控制光束功率的信号光束小于单光子强度的腔内。
2012-10-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Realizing $Q$ > 300,000 in diamond microdisks for optomechanics via etch optimization
在单晶金刚石（SCD）中同时限制和共定域光子和声子的纳米光子结构在量子信息科学和光力学中的应用是非常理想的。在这里，我们描述了一个优化的工艺蚀刻SCD微盘结构设计的光机应用。该过程允许这些器件的光学品质因数$Q$比先前的$Q \sim 335,000$演示提高4倍，这足以使边带分辨相干腔光机实验成为可能。通过对光学损耗和后向散射率的分析，我们发现$Q$仍然受到表面缺陷的限制。我们还描述了一种技术，用于改变微盘基座的几何形状，可以使减少机械耗散。
2019-02-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Coherent mixing of mechanical excitations in nano-optomechanical structures
在纳米腔光机械系统中，可获得的大的每光子光力和小的运动质量的组合导致机械运动和腔光场之间的强动力学反作用。在这项工作中，我们研究了两种不同的纳米腔结构，拉链纳米梁光子晶体腔和双微盘回音壁谐振腔的机械运动的光学控制。这些腔中的强光学梯度力被示出为引入显着的光学刚性的结构，与修整的机械状态重整成光学明亮和光学黑暗的运动模式。随着机械模式之间的内部机械耦合的增加，一种形式的光学控制的机械透明度被证明类似于三能级原子介质的电磁感应透明。基于这些测量，相干传输RF/微波信号之间的光场和一个长寿命的黑暗的机械状态的建议。
2009-08-07 physics.optics
Wide Stiffness Range Cavity Optomechanical Sensors for Atomic Force Microscopy
我们报告的进展，在开发紧凑型传感器的原子力显微镜（AFM），其中的机械换能器集成在一个单一的芯片上的近场光学读出。纳米级的双夹持悬臂梁的运动由相邻的高品质因数硅微盘腔来转换。特别是，我们表明，1 fm/（Hz）^（1/2）的顺序的位移灵敏度可以实现，而悬臂梁的刚度在四个数量级（\approx 0.01 N/m到\approx 290 N/m）的变化。能够同时对非常软和非常硬的样品进行扫描的能力扩展了该技术的适用范围，可能从微生物样品的询问（软样品）到高分辨率成像（硬样品）。随着机械频率（> 250 kHz），这是远远高于那些在传统的AFM探针中使用的类似刚度，这些结果表明，我们的腔光机械传感器可以在各种各样的高带宽AFM测量的应用。
2012-05-14 physics.optics
Ultracompact 4H-silicon carbide optomechanical resonator with $f_m\cdot Q_m$ exceeding $10^{13}$ Hz
本文首次在集成 4H-SiCOI 光子平台上实现了低损耗、超紧凑的 SiC 光机械微盘谐振器，其 f_m·Q_m 达 1.82×10^13 Hz，并展示了低阈值相干振荡与谐波产生，为芯片级光机械应用开辟了新途径。
2025-05-12 physics.app-ph physics.optics
Electromagnetically Induced Transparency and Slow Light with Optomechanics
控制局部光学和机械激发之间的相互作用，最近已经成为可能，在微米和纳米制造技术的进步。迄今为止，大多数光学机械的实验研究都集中在测量和控制的机械子系统，通过其与光学的相互作用，并导致了实验演示的动态反作用冷却和光学刚度的机械系统。相反，这些系统的光学响应也在机械相互作用的存在下被修改，导致强非线性效应，如电磁感应透明（EIT）和参数正常模式分裂。在原子系统中，减缓和停止光传播的开创性实验和建议，以及它们对现代光网络和未来量子网络的适用性，在过去二十年中将EIT推向了实验研究的前沿。以类似的方式，在这里我们使用光学机械非线性通过工程光子-声子相互作用来控制光速。我们的研究结果表明，EIT和可调谐的光延迟在纳米级的光学机械晶体器件，通过简单地蚀刻成硅（Si）的薄膜孔制造。在低温下（8.7 K），我们表现出一个光学可调延迟50纳秒与近统一的光学透明度，和超光速光与1.4微秒的信号提前。这些结果，同时表明集成量子光机械存储器的重大进展，也与经典的信号处理应用。在室温下和在电磁感应吸收（EIA）的类似制度的测量表明，这些芯片级光学机械系统的光缓冲，放大和滤波的微波光信号的效用。
2010-12-14 physics.optics quant-ph
Sideband-Resolved 4H-SiC Optomechanical Resonators with Interference-Engineered Anchor-Loss Suppression
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Florida（佛罗里达大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本研究基于4H-SiC平台研制边带分辨光机械谐振器，采用干涉工程抑制锚定损耗，实现高光学与机械品质因子，首次观测到该平台的光机械诱导透明，确立其作为集成腔光力学平台的潜力。
2026-07-30 physics.optics
Cascaded optical transparency in multimode-cavity optomechanical systems
电磁感应透明在许多物理学科中具有重要的理论和实验意义，如原子物理学、量子光学和最近的腔光学力学。光延迟是电磁感应透明最显著的特征，而在腔光力学中，光延迟受边带分辨机械模的机械耗散率的限制。在这里，我们演示了一个级联的光学透明方案，通过利用参量声子-声子耦合在多模光学机械系统，其中低阻尼机械模式在未分辨边带制度耦合到一个中间，高频机械模式在光学腔的分辨边带制度。扩展的光延迟和更高的传输，以及光学进步的表现。这些结果为实现超长光延迟提供了一条途径，标志着向集成经典和量子信息存储器件迈出了重要一步。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Efficient analysis and design of low-loss whispering-gallery-mode coupled resonator optical waveguide bends
由电磁耦合光学微腔（耦合谐振器光波导或CROW）组成的波导可用于光引导、减速和存储。在本文中，我们提出了一个二维分析的基础上，严格的穆勒边界积分方程方法的有限尺寸直和弯曲的CROW部分。我们研究了回音壁（WG）模式的耦合机制，并引导光绕弯曲的CROW组成的相同和尺寸失配的微盘谐振器。我们的精确分析揭示了WG模式耦合的差异在附近的弯曲的CROW组成的光学大和波长尺度的微腔。我们提出并讨论了设计低损耗CROW弯曲和减少弯曲损耗的可能方法。这些包括根据WG模式的方位角顺序选择特定的弯曲角度，以及调整位于CROW弯曲处的微盘的半径。
2007-06-15 physics.optics
Multiphysics optomechanical sensing of a liquid on the micron scale
本文提出一种悬浮硅微盘光力传感平台，利用解析模型在微米尺度同时测定静止流体的折射率、热导率、粘度、密度和可压缩性，实现70微秒内低功耗的多物理场表征。
2025-03-13 physics.app-ph physics.optics
Optomechanically induced transparency in membrane-in-the-middle setup at room temperature
我们证明了模拟的电磁感应透明的室温腔光学机械设置由一个薄的Fabry-Pérot腔中的透明膜形成。由于相消干涉，当泵浦光与腔的运动红边带共振时，弱探测光场被腔完全反射。在这种情况下，我们推断光的数百微秒的显著减慢，这很容易通过沿着腔轴移动膜来调整。我们还观察到了当泵浦光与蓝边带共振时，由于相长干涉而产生的电磁感应放大现象。
2013-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Real-time sensing with multiplexed optomechanical resonators
纳米机电谐振器已成功地用于各种传感应用。它们的极端分辨率来自于它们以低捕获面积为代价的小尺寸，使得“大海捞针”问题变得尖锐。这导致仪器灵敏度差和分析时间长。此外，电转换在频率上受到限制，这限制了可实现的机械带宽，再次限制了吞吐量。多路复用大量的高频谐振器似乎是一种解决方案，但这对于电转换来说是复杂的。我们在这里提出了一个解决这些问题的途径，非常高的频率光机械谐振器的多路复用方案。我们演示了通过超大规模集成工艺制造的三个硅微盘谐振器的同时频率测量。读出结构简单，不会降低感测分辨率。这为实现多参数分析、极低的检测极限和响应时间的传感器铺平了道路。
2021-07-09 physics.app-ph physics.optics
Optical memories and transduction of fields in double cavity optomechanical systems
使用电磁感应透明，我们展示了如何光机械系统可以被用来作为存储元件以及光场的转导。我们使用双腔光学机械系统，以促进此类应用。通过调谐第二腔的频率，可以产生各种频率的输出场。我们提出了由驱动第二腔的场的功率和失谐量控制的稳态行为的分析结果。
2012-10-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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
Waveguide-integrated and portable optomechanical magnetometer
本文提出一种与硅芯片悬挂光波导集成的便携式光机械磁力计，采用FeGa磁致伸缩薄膜微盘谐振器，在环境条件下实现了高灵敏度与动态范围，并验证了便携设备的实用性。
2023-07-27 physics.app-ph physics.optics
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
Moving boundary and photoelastic coupling in GaAs optomechanical resonators
基于芯片的腔光学机械系统正被考虑用于传感、计量和量子信息科学。其发展的关键是了解光学和机械模式如何相互作用，量化的耦合率$g_{0}$。在这里，我们开发GaAs光机械谐振器和调查的移动介质边界和光弹性贡献$g_{0}$。首先，我们考虑的基本径向呼吸机械模式和1550 nm波段的光学回音壁模式在微盘之间的耦合。对于从$R=5$ $μ$ m减小到$R=1$ $μ$ m的盘半径，模拟和测量表明，$g_{0}$从由移动边界贡献主导变为具有相等的光弹性贡献。接下来，我们设计和演示纳米束光机械晶体，其中$2.5$ GHz机械呼吸模式耦合到1550 nm的光学模式主要通过光弹效应。我们显示了一个显着的（30 $\%$）$g_{0}$对设备的面内取向的依赖性，导致沿不同晶轴的GaAs光弹性系数的差异，与制造的设备表现出$g_{\text{0}}/2π$高达1.1 MHz的取向沿[110]轴。GaAs纳米束光机械晶体是一种很有前途的系统，它可以将所展示的大的光机械耦合强度与额外的功能相结合，例如压电致动和光学增益介质的结合。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Controlled Electromagnetically Induced Transparency and Fano Resonances in Hybrid BEC-Optomechanics
研究了由雪茄状玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）组成的混合光机械系统中电磁感应透明（EIT）和Fano共振的可控性。在此，横向光场被用来控制输出探测光场中的EIT现象。输出探测光场可以根据横向光场的强度进行有效的放大或衰减。此外，我们证明了输出光场谱中Fano共振的存在，并讨论了利用横向光场对Fano共振的控制行为。为了在实验室中观察到这种现象，我们提出了一组实验参数。
2015-04-25 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Polygon Coherent Modes in aWeakly Perturbed Whispering Gallery Microresonator for Efficient Second Harmonic, Optomechanic and Frequency Comb Generations
我们在锂酸盐微盘中观察到高光学品质因数（Q）的多边形和星形相干光模。与之前通过变形微腔在较低机械和光学Q下实现的多边形模式相反，我们采用锥形光纤的弱扰动来形成多边形模式。所得到的多边形模式的高腔内光功率以高效率触发二次谐波产生。结合高机械Q腔的优点，首次观察到光机械振荡。最后，我们观察到频率微梳产生的多边形模式与一个超稳定的锥盘耦合机制。
2020-05-20 physics.optics
Multiple electromagnetically induced transparency, slow and fast light in hybrid optomechanics
本文从理论上研究了单三能级（$Λ$ -type）原子系统在混杂光力学中弱探测场的电磁感应透明现象。研究了在光机械耦合和三能级原子两个跃迁耦合参数的作用下，探测器吸收光谱中出现三个明显的多重EIT窗口.此外，通过适当调整系统参数，可以实现多窗口到双窗口和单窗口的切换。此外，还研究了探针的透射谱。基于我们的分析和数值计算工作，我们解释了发生的慢光和快光（超光速）制度，并增强超光速行为的探测场传输。这一工作在多通道波导、纤维光学和经典通信网络、多通道量子信息处理、真实质量成像、隐身器件、通信延迟线和光缓存器等方面显示出巨大的应用潜力。
2015-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hexagonal boron nitride cavity optomechanics
六方氮化硼（hBN）是一种新兴的层状材料，在各种二维器件中起着关键作用，在纳米光子学和纳米力学方面有着潜在的应用。在这里，我们展示了第一个腔光学机械系统纳入hBN。纳米机械谐振器组成的hBN梁与预测的厚度在8 nm和51 nm之间的制造使用电子束诱导蚀刻和定位在硅微盘腔的光学近场。证明了160 fm/ $\sqrt{\text{Hz}}$对hBN纳米梁运动的灵敏度，允许观察频率在1和23 MHz之间的热驱动机械共振，并且机械品质因数在室温下在高真空中达到1100。此外，空气阻尼的作用进行了研究，通过压力相关的测量。我们的研究结果构成了一个重要的一步，实现集成光机械电路采用hBN。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optomechanical cavity without a Stokes side-band
本文研究了在没有斯托克斯边带的弱耦合条件下，光机系统中完全频率转换的理论证明。由弱探测场照射的光机械腔产生两个侧模，通过声子频率与原始信号区分。我们报告的存在下，在弱耦合制度，斯托克斯侧模完全消失的参数的特殊组合。只有反斯托克斯模式被观察到与几百赫兹的探测场的光谱带宽。这个特殊点的出现与电磁感应透明（EIT）条件完全无关，其中吸收（下降）抵消受到机械振荡器阻尼率的限制。出现是独立的空腔类型，即单面或双面，并只发生在一个单一的值的有效耦合强度常数，这是特定的系统参数。在反射镜和腔场之间的特定有效耦合强度下，仅产生反斯托克斯带，该耦合强度可以通过耦合场进行调谐。在这种特定的耦合下，没有斯托克斯场出现。因此，不需要滤波器来消除斯托克斯场。
2019-12-05 physics.optics quant-ph
Generation and detection of non-Gaussian phonon-added coherent states in optomechanical systems
在相干态上增加激发态是观察辐射场非经典性质的一种有效方法。本文描述和分析了如何将这一概念应用于机械振子的运动态，并提出了一个制备腔光力学中机械运动的非高斯{ \it声子}加相干态的完整方案。我们首先利用电磁感应透明产生一个机械相干态。然后，我们通过光机械参量下转换结合单光子探测将单个声子添加到相干态上。我们利用红失谐光束读出光输出场的态，验证了这种单声子相干态的存在。这种方法使我们能够验证声子态的非经典性质，如亚泊松特征和正交压缩。我们进一步表明，我们的计划可以直接使用现有的设备实现，是通用的性质，因此适用于各种系统的光机电。
2018-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamically creating tripartite resonance and dark modes in a multimode optomechanical system
研究了一个多模光机械系统，其中两个机械振子耦合到一个电磁腔中。先前已经表明，如果机械共振具有几乎相等的频率，则可以通过具有相干泵浦音调的强泵浦来使振荡器经由腔相互作用。人们也可以把这种相互作用看作是一种电磁暗模的出现，这种电磁暗模与腔体渐近解耦，并且具有比裸腔小得多的线宽。暗模式的窄线宽和长寿命例如在信息存储和处理中可能是有利的。在这里，我们调查的可能性，以创建黑暗模式动态使用两个泵音。我们表明，如果机械频率本质上是不同的，可以使机械振荡器和腔共振，从而创建一个暗模式的双边带泵浦的腔。我们用两个频率不匹配的鼓形振荡器（ω_1 /2π = 8.1MHz和ω_2 /2π = 14.2MHz）在微波光机上实现了这个方案。我们还观察到一个击穿的驻波近似，最明显的是在另一个设备的机械频率是彼此接近。
2016-09-28 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
Photothermally Induced Transparency
诱导透明是光学中一种常见而又显著的效应。当使用强驱动场使原本不透明的材料变得透明时，就会发生这种情况。这种效应被称为原子介质中的电磁感应透明和由耦合的光学和机械谐振器组成的系统中的光机械感应透明。在这项工作中，我们介绍了光热诱导透明（PTIT）的概念。当光学谐振器由于谐振器或其反射镜的光学加热而表现出非线性行为时，就会发生这种情况。类似于诱导透明的既定机制，PTIT可以抑制光学谐振腔和行进光场之间的耦合。我们进一步表明，可以修改的谐振腔的色散表现出慢光或快光。由于相对慢的热响应，我们观察到PTIT的带宽为$2π\times15.9$ Hz，这在理论上表明群速度低至$5$ m/s。
2020-02-24 physics.optics
Imaging Nanophotonic Modes of Microresonators using a Focused Ion Beam
光学微谐振器在腔量子电动力学、生物传感、微流体和腔光学力学等领域有着广泛的应用。它们的性能关键取决于光能的精确分布，由纳米器件几何形状限制和塑造。近场光学探头可以对这种分布成像，但是物理探头必然会扰动近场，这对于敏感的高品质因数共振来说是特别有问题的。我们提出了一种新的方法来映射纳米光子模式，使用可控的小和局部的光学机械扰动引入的聚焦锂离子束。离子束（半径约50 nm）诱导的谐振器表面，我们通过检测在光谐振波长的位移的皮米级的动态变形。我们绘制了具有高空间和光谱分辨率的硅微盘谐振器（Q > 20，000）的五个模式。我们的技术还可以在硅晶格中原位观察离子注入损伤和弛豫动力学。
2015-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
High sensitivity air-coupled MHz frequency ultrasound detection using on-chip microcavities
由于其双共振增强的灵敏度，腔光学机械系统提供了一个理想的平台，超声传感。在这项工作中，我们实现了高灵敏度的空气耦合超声传感从千赫（kHz）到兆赫（MHz）的频率范围的基础上回音壁模式微腔。使用具有高光学Q因子（~10^7）和机械Q因子（~700）的57 μ m直径的微环，我们在0.25-3.2 MHz的频率范围内实现了46 uPa Hz ^{-1/2}-10 mPa Hz^{-1/2}的灵敏度。在0.6 MHz的频率范围内，在2.56 MHz的机械谐振周围实现热噪声限制灵敏度。我们还观察到二阶和三阶机械边带，并定量研究了每个机械边带的强度作为机械位移的函数。测量所有边带处的信噪比的组合具有扩展超声感测的动态范围的潜力。此外，为了提高超声在kHz频率范围内的灵敏度，我们使用了直径为200 μ m的微盘，并且在30 kHz-1.65 MHz范围内实现了1.83 uPa Hz^{-1/2}-10.4 mPa Hz^{-1/2}的灵敏度。
2022-06-11 physics.app-ph physics.optics
