Optomechanical transduction of an integrated silicon cantilever probe using a microdisk resonator
微尺度悬臂梁运动的灵敏传感对于质量、力、磁共振和位移传感等领域的许多应用都是至关重要的。将悬臂梁尺寸减小到纳米尺度可以提高诸如原子力显微镜的技术的带宽和灵敏度，但是当悬臂梁与可实现的光斑尺寸相比很小时，当前的光学换能方法受到影响。在这里，我们展示了敏感的光换能在单片腔光学机械系统中，其中一个亚皮克级硅悬臂与尖锐的探针尖端从微盘光学谐振器分离的纳米级间隙。高品质因数（Q ~ 10^5）的微盘光学模式抑制了悬臂梁的MHz频率热驱动振动，位移灵敏度为~ 4.4 × 10 ^-16 m \sqrt [2]{Hz}，带宽> 1 GHz，估计1 s测量的动态范围> 10^6。光学引起的硬化由于强大的光机相互作用的观察，并说明了通过悬臂梁设计和静电驱动的探针动力学工程。
2010-09-28 physics.ins-det physics.optics
Efficient bidirectional piezo-optomechanical transduction between microwave and optical frequency
微波和光频之间经典信息和量子信息的有效相互转换是一个重要的工程挑战。由于普通材料的大的光机械响应以及将机械能局部化到微米级体积中的能力，具有千兆赫频率机械装置的光机械方法具有非常有效的潜力。然而，现有的演示遭受低光学品质因数、低电-机械转换效率和低光-机械相互作用速率的某种组合。在这里，我们展示了一个片上压电光学机械传感器，系统地解决所有这些挑战，实现近三个数量级的提高转换效率比以前的工作。我们的调制器演示了声光调制与$V_π = {0.02}$ V。我们显示了双向转换效率的$10^{-5}$与${3.3}$微瓦红失谐光泵，和$5.5\%$与$323$微瓦蓝失谐泵。需要进一步研究毫开尔文温度下的量子转导，以了解效率和增加的噪声如何受到机械耗散，热导率和热容降低的影响。
2019-09-10 physics.optics quant-ph
Cryogenic operation of MEMS-based suspended high overtone bulk acoustic wave resonators for microwave to optical signal transduction
悬浮高泛音体声波谐振器（HBAR）可以作为一个可行的光机械平台，有效地将信号从微波转换到光频域。与1D纳米束光机械晶体相比，HBAR受益于非常高的RF到声子注入效率（$η_{PIE}\approx$ 1）和低温下的低光学泵浦诱导加热。通过在这些器件周围构建小模体积光学腔，原则上可以实现与1D纳米束光机械晶体相当的光机械协同性。在这项工作中，我们证明了低温操作（$\approx$ 10 K），这样的悬挂HBAR设备，并显示经典的信号调制高达3.5 GHz和响应时间$\approx$ 524 ns（在340 MHz的基本模式）。虽然转导效率目前受到这项工作中使用的材料和设备制造工艺的限制，但我们表明，通过合理的修改，使用这种方法可以实现有效的量子转导。
2021-09-24 physics.app-ph physics.optics
Wavelength transduction from a 3D microwave cavity to telecom using piezoelectric optomechanical crystals
微波到光的转换作为电光机械系统的一个里程碑式的应用，已经引起了腔光机械界的极大兴趣。在这封信中，我们展示了一种新的换能器，结合了高频机械运动和微波腔的第一次。该系统由一个三维微波谐振腔和一个砷化镓光机械晶体组成，该晶体被放置在微波电场最大值处。这允许微波腔通过压电效应在光机械晶体中致动千兆赫频率机械呼吸模式，然后使用电信光模式读出该模式。砷化镓光机械晶体是一个很好的候选人低噪声微波到电信转换，因为它已经预先冷却到机械基态在稀释制冷机。此外，3D微波腔架构可以自然地扩展到耦合到超导量子比特并创建混合量子系统。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Optical coupling to nanoscale optomechanical cavities for near quantum-limited motion transduction
作为量子实验和经典计量学的测试平台的芯片级腔光学机械装置的发展中的一个重大挑战在于将来自纳米级光学模体积的光耦合到传统的光学元件，例如透镜和光纤。在这项工作中，我们展示了一个高效率，单面光纤耦合平台的光机械腔。通过在光子晶体拉链腔和固定光纤之间引入一个绝热波导锥来实现单模转换，在腔谐振波长为1538nm处，实现了52%的腔内光子收集效率。在3.3 MHz的基本面内机械共振的位移波动的光学平衡零差测量表明，不精确的噪声地板在于一个因素的2.8以上的标准量子限制（SQL）连续位置测量，与预测的总增加噪声的1.4声子在最佳的探测功率。极低的测量噪声和强大的光纤对准的组合提出了对这些类型的集成微光机械腔的单声子灵敏度的重大进展。
2013-02-07 physics.optics quant-ph
Bypassing the filtering challenges in microwave-optical quantum transduction through optomechanical four-wave mixing
本文提出利用光机四波混频过程实现微波-光学量子转换，通过消耗成对泵浦光子产生与泵浦频率大幅分离的输出光子，从而绕过传统三波混频方案中难以实现的窄带高消光比滤波挑战。
2024-09-27 physics.optics quant-ph
High frequency torsional motion transduction using optomechanical coupled oscillators
使用光来测量物体的运动是操作探测力和场的机械传感器的核心。腔光学机械系统将机械谐振器嵌入光学谐振器内。这提高了光学机械测量的灵敏度，但前提是机械谐振器不破坏光学腔的特性。例如，由光学吸收材料制成的谐振器或其几何形状不具有合适的空间对称性的谐振器的腔光学机械检测是具有挑战性的。在这里，我们展示了一个系统，克服了在测量纳米盘的高频扭转运动的挑战，通过将它们转换为振动的光子晶体腔。然后，腔的光机械读出使得能够以灵敏度$5.1\times 10^{-21}-1.2\times 10^{-19}\,\text{Nm}/\sqrt{\text{Hz}}$对5- 800 MHz的机械频率范围测量纳米盘的扭转共振。纳米盘可以配备磁性纳米结构或超表面，而不会影响腔体的光学特性，使该系统适用于扭矩磁力测量和结构光传感。
2022-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Parametric Amplification of an Optomechanical Quantum Interconnect
将超导量子比特连接到光纤需要将微波光子转换为光子。现代实验演示表明，微波谐振腔和光学腔之间的强耦合通过声子模式介导的机械振荡器。该范例换能实验受在电磁谐振器上具有恒定驱动振幅的理论效率的限制。通过在微波谐振腔和光学谐振腔中加入参量驱动，我们发现通过量子换能器的转换信号被放大，同时保持较低的附加噪声水平。基于量子光学的输入-输出形式，提出了一种驱动激光器时变控制的理论框架，并解析求解了控制信号参数驱动系统时的转换效率和附加噪声。我们的研究结果表明，更好的转导效率和较低的附加噪声在不同的参数制度相关的电流转导实验。
2022-10-15 physics.optics quant-ph
GHz optomechanical resonators with high mechanical Q factor in air
我们展示了轮形硅光机械谐振器在环境空气中的谐振操作。光学回音壁模式的高精细度（加载的光学Q因子高于500，000）允许在空气中以约4，000的高机械Q因子对频率高达1.35 GHz的轮谐振器的机械径向轮廓模式进行有效的转换。
2011-09-22 physics.optics
Cavity opto-electromechanical system combining strong electrical actuation with ultrasensitive transduction
报道了一种腔式光机电系统，它将腔式光机电系统的超灵敏换能与纳机电系统的电驱动相结合。超灵敏的机械转换是通过光-机械耦合实现的。实现了高达0.40 $μ$ N的电梯度力，从而促进了超低耗散的强驱动。实现了扫描探针显微镜，能够表征机械模式。将电致动集成到光机械设备中是朝着量子非线性动力学的制度迈出的一步，并为机械运动的量子控制提供了新的能力。
2010-05-27 physics.optics quant-ph
Wavelength-sized GaAs optomechanical resonators with GHz frequency
我们报告波长大小的GaAs光机械盘谐振器显示超强的光机械相互作用。我们观察到的光盘机械呼吸模式与1.4 GHz的频率和有效质量的~ 2 pg的光学转导。测量的真空光机耦合率达到0.8 MHz，与相关的差分光机耦合因子为485 GHz/nm。在室温和常压下，圆盘布朗运动的光学分辨灵敏度为10-17 m/{ \sqrt }Hz。
2011-01-24 physics.optics
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
Optomechanical crystal with bound states in the continuum
芯片级微纳光机系统依靠无形的辐射压力，在传感、信号转导和利用机械谐振器探索量子物理方面显示出其独特的优势。光机械晶体作为一种领先的器件平台，能够同时成型具有强光机械耦合的光学光子和微波声子的能带结构。在这里，我们展示了一个新品种的光机械晶体在二维基板上的板结构，在8 GHz的连续（BIC）的机械束缚态授权。我们发现，与低维光机械晶体相当，光机械耦合高达$g/2π\approx 2.5$ MHz的每单位细胞，由晶体诱导的BIC出现。我们的工作为探索悬浮微腔之外的光子-声子相互作用铺平了道路，这可能会导致从声子传感到量子转导的光力学新应用。
2022-04-29 physics.app-ph physics.optics
Electro-optomechanical equivalent circuits for quantum transduction
利用光学机械学的技术，高$Q$机械振荡器可以作为频率差异很大的电磁模式之间的链接。这种方法已成功地用于经典信号的频率转换，并具有在超导电路和行进的光信号之间执行量子态转移的潜力。这种换能器通常在线性状态下操作，其中混合系统可以使用基于Heisenberg-Langevin方程的线性响应理论来描述。虽然在数学上很容易解决，但这种方法对混合系统的动力学几乎没有直观的了解，无法帮助优化换能器。作为这样的电光机械传感器的分析和设计工具，我们介绍了一个等效电路形式主义，整个传感器是由一个电路。因此，我们将光学机械系统的转换功能集成到电气工程的工具箱中，允许使用其成熟的设计技术。这种统一的阻抗描述可以应用于静态（DC）和谐波变化（AC）驱动场，适应任意线性电路，并且不限于解析边带制度。此外，通过建立等效电路的量子化输入输出形式，利用电路分析方法得到了线性换能器的散射矩阵，从而对换能器进行了完整的量子力学表征。因此，整个换能器到电气工程语言的这种映射既揭示了换能器如何执行，同时也可以通过帮助设计合适的电路来优化其性能。
2018-06-14 physics.optics quant-ph
A two-dimensional optomechanical crystal for quantum transduction
Stanford University（斯坦福大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）
本文提出二维光声学晶体结构，通过增强热锚定降低温度限制，实现机械模式的低温冷却及强耦合 regime 的进入。
2024-06-20 physics.optics quant-ph
Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
将电子器件与光纤网络连接是远距离传输经典和量子信息的关键。压电光机械换能器通过使用GHz频率的声振动作为介体来实现这样的接口，用于经由光机械和压电相互作用的组合将微波光子转换为光学光子。然而，尽管成功的示范，有效的压电光学机械转换仍然遥不可及，由于与混合材料集成和压电材料在量子机制下操作时增加的损耗相关的挑战。在这里，我们展示了另一种方法，在该方法中，我们致动5 GHz的声子在传统的绝缘体上硅平台。在我们的实验中，微波光子共振驱动声子晶体振荡器通过静电力实现在一个电荷偏置的窄隙电容器。机械振动随后通过声子波导传递到光机械腔，在那里它们在泵浦激光场的边带中转换成光学光子。工作在室温和大气压下，我们测量了微波到光子的转换效率为$1.8 \times 10^{-7}$在3.3 MHz的带宽，并证明了有效的相位调制与半波电压为$V_π= 750 $ mV。我们的研究结果标志着一个垫脚石量子转换与集成器件由晶体硅，这保证了高效的高带宽操作，并与超导量子位的集成。此外，由于不需要压电性或其他固有的非线性，我们的方法适用于量子技术以外的各种材料。
2022-10-24 physics.optics quant-ph
Nonlinear optomechanics in the stationary regime
我们已经观察到的非线性转导的热机械运动的纳米机械谐振器检测时，通过边带未解决的光机械腔的激光传输。非线性检测机制是相当感兴趣的特殊情况下，允许量子非爆破测量的机械谐振器的能量。我们调查的光学机械检测装置中的非线性的起源，并推导出一个理论框架的非线性信号转导，和光学弹簧效应，从两个非线性光学传递函数和二阶光学机械耦合。通过测量的线性和非线性信号转导的依赖性-以及机械频移-从光学共振激光失谐，我们提供的线性和二次光机械耦合的贡献估计。
2014-02-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A chip-scale oscillation-mode optomechanical inertial sensor near the thermodynamical limits
高精度惯性传感和重力传感是导航、石油勘探和地震预报的关键。与使用压电或电子电容读出技术的现有加速度计相比，光学读出提供窄线宽高灵敏度激光检测以及接近物理极限的低噪声谐振光机械转换。本文介绍了一种光机械惯性传感器，在100 Hz采集速率下，速度随机游走（VRW）为8.2 μ g/Hz^1/2，偏置不稳定度为50.9 μ g，适用于消费级和工业级应用，惯性导航、倾斜感测、平台稳定和/或可穿戴设备运动检测。驱动到光机械持续振荡，槽光子晶体腔提供具有增强的625 μ g/Hz灵敏度的光驱动转换的射频读出。测量光机械加强的振荡偏移而不是光传输偏移，由于强的光机械转换，提供了比预振荡模式检测高220倍的VRW增强。在理论的支持下，该惯性传感器在固态室温读出架构中，在小积分时间内以高于物理极限2.56倍的速度工作，动态范围为43 dB。
2020-02-17 eess.SP physics.app-ph physics.ins-det
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
Diamond Integrated Optomechanical Circuits
金刚石由于其高杨氏模量、与恶劣环境的兼容性和优异的热性能，为实现微机械和纳米机械谐振器提供了独特的材料优势。与此同时，5.45eV的宽电子带隙使金刚石成为集成光学的合适材料，因为它具有宽带透明性和不存在硅光子学中常见的自由载流子吸收。在这里，我们利用这两个工程师全面的光学机械电路的金刚石薄膜。我们表明，多晶金刚石薄膜制备的化学气相沉积提供了一个方便的晶圆级基板实现高品质的纳米光子器件。使用独立的纳米机械谐振器嵌入在芯片上的马赫-曾德尔干涉仪，我们证明了通过梯度光学力有效的光学机械转导。制造的金刚石谐振器可再现地显示高达11，200的高机械品质因数。我们的低成本、宽带、无载波光子电路有望在超高频下实现全光传感和光机械信号处理。
2013-12-16 physics.optics
Optomechanical Crystals
结构化的周期性光学材料可用于形成能够分散、路由和捕获光的光子晶体。周期性弹性结构中的类似现象可用于操纵机械振动。在这里，我们提出了强耦合的光学和机械模式的设计和实验实现在一个平面，周期性的硅芯片上的纳米结构。200-太赫兹光子与千兆赫兹频率和100毫微微克质量的机械模式共定位。描述光子-声子相互作用的强度的有效耦合长度小至2.9微米，其与微小振荡器质量一起允许具有近量子限制灵敏度的纳米机械运动的全光学驱动和转导。光机械晶体具有许多潜在的应用，从射频光通信到介观力学系统中量子效应的研究。
2009-06-06 physics.optics
Design of a release-free piezo-optomechanical quantum transducer
针对悬浮式压电光机械换能器热锚定差及噪声-效率权衡问题，提出一种基于蓝宝石上硅的无释放型换能器设计，利用高波矢机械模式提升热锚定与相干性，并适用于低功率声光系统。
2024-08-27 physics.optics quant-ph
Parametrically driven inertial sensing in chip-scale optomechanical cavities at the thermodynamical limits with extended dynamic range
最近的科学和技术进步使引力波的探测，自动驾驶和月球上的通信网络（月球互联网或LunaNet）的建议成为可能。这些努力是基于微小位移的测量和相应的力或场转换，其转化为加速度，速度和位置确定导航。最先进的加速度计使用电容或压阻技术，以及通过集成电路（IC）技术的微机电系统（MEMS），以便驱动换能器并将其输出转换为电读出。近年来，激光光机械转换和读出已经能够实现运动位移的高灵敏度检测。在这里，我们进一步研究了当传感器被驱动到振荡模式时，光机械转换的新型机械频率读出技术的理论框架[8]。我们证明了理论和物理协议，并表征了最相关的性能参数与1.5mg/Hz的加速度灵敏度，2.5 fm/Hz 1/2位移分辨率对应于17.02 ug/Hz 1/2力等效加速度，和5.91 Hz/nW的功率灵敏度，在物理极限的设备。此外，我们提出了一种新的技术，动态范围扩展，同时保持精密传感灵敏度。我们的惯性加速度计集成在片上，并支持封装，采用激光失谐方法。
2022-10-31 cs.SY eess.SY physics.optics
Comparing nonlinear optomechanical coupling in membrane-in-the-middle and single-cavity optomechanical systems
在腔光学力学中，光场与机械谐振腔模式之间的非线性相互作用使得在经典和量子测量以及信息处理中能够实现各种独特的效应。在这里，我们描述了非线性光学机械耦合在膜中的中间（MIM）设置的方式，允许直接比较的内在光学机械非线性在一个标准的，单腔光学机械系统。我们发现，如Ludwig等人arXiv：1202.0532所预测的，MIM系统中非线性光机耦合的增强受限于系统的边带分辨率的程度。此外，我们表明，MIM系统的非线性对线性转导的选择性具有相同的限制，在一个单一的腔系统。这些发现对使用MIM系统有利的实验施加了限制。我们讨论了这个系统中的动力学反作用效应，发现这些效应每腔光子是完全一样强，在一个单一的腔系统，同时允许减少所需的输入功率。我们建议使用非线性增强和降低输入功率在现实MIM系统对参量压缩和预示的声子对，并评估这两种效果的大小的限制。
2020-07-17 physics.optics
Integrated high frequency aluminum nitride optomechanical resonators
氮化铝（AlN）材料具有优良的机电性能，在微机电谐振器中得到了广泛的应用。在这里，我们展示了使用AlN作为光学机械材料，同时提供低的光学和机械损耗。采用悬环结构的集成AlN微晶体谐振器具有较高的光学品质因数（Q），负载Q值高达125，000。在环境空气中，GHz轮廓模式的布朗运动的光机转换产生6.2 \times 10^（-18）m/Hz^（1/2）的位移灵敏度。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong optomechanical interactions in a sliced photonic crystal nanobeam
腔光学机械系统可用于机械运动的灵敏检测和控制机械谐振器，直到量子水平。光学和机械自由度相互作用的强度由光子-声子耦合率$g_0$定义，该耦合率在纳米级系统中特别大。在这里，我们展示了一个光学机械系统的基础上切片光子晶体纳米梁，结合了亚波长的光学限制与低质量的机械模式。分析运动的转换和辐射压力的影响，我们发现耦合率$g_0$ /2π = 11.5 MHz，超过以前报道的值的数量级。使用这种相互作用，我们检测谐振器的运动与噪声不精确度低于在标准的量子极限，即使该系统具有小于$10^3$的光学和机械品质因数。宽的带宽是有用的应用在微型传感器，并为基于测量的控制谐振器的运动状态。
2015-05-02 physics.optics
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
Broadband Tuning of Optomechanical Cavities
我们展示了宽带调谐的光机械微腔光学谐振探索大的光机械耦合的双轮微腔和其独特的低机械刚度。使用泵浦激光器，只有13毫瓦，在电信波长，我们显示氮化硅微腔谐振超过32 nm的调谐。这对应于仅400 $μ$ W/nm的调谐功率效率。通过选择相对低的光学Q谐振（$\approx$ 18，000），我们防止腔达到再生光机械振荡的状态。由光学梯度力引起的静态机械位移估计高达60 nm。
2011-01-27 physics.optics
Mitigating nonlinear transduction noise in high-cooperativity cavity optomechanics
Danish Fundamental Metrology（丹麦基础计量）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
通过非线性变换消除高协同性腔光力学系统中所有阶次的热互调噪声，显著提高机械信号与噪声比。
2026-01-15 physics.optics quant-ph
Clamped and sideband-resolved silicon optomechanical crystals
针对传统悬浮光力学晶体热耗散差、既有夹持式OMC相互作用弱的问题，提出利用连续谱外高波矢力学模式的新型夹持硅基OMC，首次实现边带分辨区量子级光力学相互作用，耦合率达0.5MHz、协同性提升7倍，可工作于超导量子比特常用频段，为多领域应用开辟新路径。
2023-03-31 physics.optics quant-ph
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
High-Q silicon optomechanical microdisk resonators at gigahertz frequencies
我们报告的圆盘形硅光机械谐振器的频率高达1.75 GHz的双频带。对圆盘的面内振动模式的热运动进行光学转换，得到的位移灵敏度为4.1 \times 10^（-17）m/Hz^（1/2）。由于减小的箝位损耗，这些盘谐振器具有高的机械品质因数（Q），在环境空气中测量的1.47 GHz模式的最高值为4370。数值模拟的模态频率和机械Q值的不同底切盘显示模态耦合，并建议一个现实的基座尺寸，以实现最高的可能的Q值。
2012-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Release-free electro-optomechanical crystal modulator
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种结合硅中强光机械相互作用和铌酸锂高效压电效应的无释放电光机械转换器，实现了量子级别的电光机械耦合，为实用的微波-光接口提供了新途径。
2026-05-19 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
Optomechanical ring resonator for efficient microwave-optical frequency conversion
本文提出含光机械环形谐振器的 GaP/ZnO 混合 OMIC，利用红外光子与 GHz 声子共谐振增强微波-光转换，并实现低泵浦功率下的实测效率。
2023-11-16 physics.optics quant-ph
Nonlinear cavity optomechanics with nanomechanical thermal fluctuations
光腔光机系统中光与运动之间固有的非线性相互作用，除了高驱动的情况下，在所有的线性化描述进行了实验研究。在这里，我们展示了一个纳米级的光学机械系统，其中光和运动之间的相互作用是如此之大（单光子合作$C_0 \approx 10^3$），热运动引起的光学频率波动大于固有的光学线宽。因此，该系统在完全非线性状态下运行，这明显影响光学响应、位移测量和辐射压力反作用。实验表明，在很宽的温度范围内，表观光学线宽主要由热机械引起的频率起伏决定。这种非线性导致传统的热位移测量的光腔光机描述失效。此外，我们探讨了如何辐射压力反作用在这个制度影响的机械波动谱。这种强非线性可以作为控制谐振腔运动状态的一种手段。我们证明了使用高度非线性转导进行二次测量的位置，同时抑制线性转导。
2016-12-23 physics.optics quant-ph
Cooling and control of a cavity opto-electromechanical system
我们实现了一个腔光机电系统集成电驱动能力的纳米机电设备与超灵敏的机械转导实现通过腔内光机械耦合。实现了高达0.40 microN的电梯度力，同时机械转换灵敏度为1.5 X 10^-18 m/rtHz，比迄今为止的任何纳米机电系统都提高了三个数量级。展示了光机电反馈冷却，表现出强烈的挤压的环内转导信号。即使在测量反作用引起光机械相关的临界范例中，环外换能也提供准确的温度校准。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Femtogram Doubly Clamped Nanomechanical Resonators Embedded in a High-Q Two-Dimensional Photonic Crystal Nanocavity
我们展示了一种新的光学机械设备系统，它允许高效的转换飞秒纳米束谐振器。将质量小至25 fg的双钳位纳米机械谐振器嵌入高精细度二维光子晶体纳米腔中。在室温和环境条件下进行1 GHz左右的基本弯曲模式的光学转换，观察到的位移灵敏度为0.94 fm/Hz^（1/2）。从对称和不对称的双光束设备的测量结果的比较揭示杂交的机械模式的结构对称性被证明是获得高的机械品质因数的关键。我们的新配置开辟了一个新的类别的“NEMS在腔”设备的基础上在纳米级的光机械相互作用的方式。
2012-04-06 cond-mat.mes-hall 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
Uncooled low-noise thin-film optomechanical resonator for thermal sensing on lithium niobate
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Ming Hsieh Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California（南加州大学明希电子与计算机工程学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Chandra Family Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校昌德拉家庭电子与计算机工程学院）
该研究开发了一种基于薄膜铌酸锂的紧凑光学机械共振器，实现高灵敏度热感应与无冷却红外检测。
2026-01-06 physics.optics
Cavity piezooptomechanics: piezoelectrically excited, optically transduced optomechanical resonators
我们提出了一种单片集成氮化铝（AlN）光机械谐振器，其中的机械运动由压电力驱动，位移由一个高Q值的光学腔转换。AlN光机械谐振器通过一个小的气隙从射频电极激发，以消除谐振器到电极的损耗。我们观察到电激励的机械运动在47.3 MHz，1.04 GHz，和3.12 GHz，分别对应于第一，第二，和第四径向轮廓模式的车轮谐振器。一个等效电路模型来描述所观察到的Fano谐振频谱。
2013-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Microwave-to-Optical Quantum Transduction of Photons for Quantum Interconnects
Fujitsu Research, Fujitsu Limited（富士通研究所，富士通有限公司）
本文综述了微波与光子之间量子转导的理论和实验研究，探讨了转导机制及在超导量子计算中的应用。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Hanbury Brown and Twiss interferometry of single phonons from an optomechanical resonator
纳米和微机械固态量子器件已成为人们关注的焦点。可靠地产生它们运动的非经典态对于解决宏观量子现象的基本问题和发展传感和转导领域的量子技术都是有意义的。我们利用量子光学控制技术，有条件地产生纳米机械谐振腔的单声子Fock态。我们进行了一个Hanbury Brown和Twiss型实验，验证了声子态的非经典性质，而不需要完整的状态重建。我们的结果建立了在单声子水平上的机械振荡器的纯光量子控制。
2018-05-01 cond-mat.mes-hall 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
Optomechanical quantum teleportation
量子隐形传态是将一个未知的输入态忠实地传送到一个远程量子系统上，是长距离量子通信协议和分布式量子计算的关键组成部分。与此同时，高频纳米光机系统作为未来量子网络中的节点，在具有长机械寿命的低损耗光通信波长下在芯片上运行，具有很大的前景。最近的演示包括两个谐振器之间的纠缠，量子存储器和微波到光学转换。尽管取得了这些成功，但将光输入态的量子隐形传态传送到长寿命的光机械存储器上仍然是一个突出的挑战。在这里，我们展示了偏振编码的光输入态到一对纳米机械谐振器的联合态上的量子隐形传态。我们的协议还首次允许在双轨编码的光机械量子存储器上存储和检索任意量子比特状态。这项工作展示了单个量子中继器节点的全部功能，并为光机系统作为量子网络节点的应用提供了一个关键的里程碑。
2022-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
In-situ tuning of optomechanical crystals with nano-oxidation
本文提出利用电场诱导纳米氧化对硅光机械晶体进行原位选择性调谐，实现光学和声学共振频率的精确对准，为可扩展光机械电路和量子转换器频率匹配提供方法。
2023-12-04 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical crystal in light-resilient quantum ground state
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文研发了一种芯片级无释放硅光力晶体腔，通过抑制热光效应提升了激光弹性，为微波-光量子转导等量子协议及硅光力平台热噪声研究提供了新方案。
2026-08-27 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
Low Noise Opto-Electro-Mechanical Modulator for RF-to-Optical Transduction in Quantum Communications
本研究提出一种用于量子通信射频-光转换的低噪声光电机械调制器，通过超相干纳米膜谐振器与微加工读出的射频电路耦合实现，测得室温下Q因子超10⁶，其氮化钛层可超导化以开发高效量子转换器。
2023-07-24 physics.app-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
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
Overcoming the fundamental limit of quantum transduction via intraband entanglement
针对量子转换器效率受泵浦功率和非线性耦合限制的问题，提出利用带内纠缠辅助的压缩器-耦合器-反压缩器结构，无噪声提升转换效率，突破效率-带宽乘积根本限制并显著增加量子容量。
2024-12-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
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
Beating the standard quantum limit for force sensing with a coupled two-mode optomechanical system
光力学允许将弱力转换为光场，许多努力接近标准量子极限。我们考虑力传感使用的镜子在中间的设置，并使用两个耦合腔模式从正常模式分裂分离泵和探测场。我们发现，这种双模模型可以减少到一个有效的单模模型，如果我们驱动的泵模式强烈和检测信号从弱探测模式。最佳的力检测灵敏度在零频率（DC）的计算，我们表明，可以击败标准的量子极限驱动腔接近不稳定。可实现的最佳灵敏度受到机械热噪声和光学损耗的限制。我们还发现，保持最佳灵敏度的带宽是成比例的解决边带制度的腔阻尼。最后计算了输出信号的压缩谱，结果表明，采用高品质因数、低热声子数的机械振荡器，在直流下实现几乎完全的压缩是可能的。
2013-03-29 physics.optics quant-ph
