Giant optomechanical coupling and dephasing protection with cavity exciton-polaritons
电子共振可以显著增强腔光学力学中的光子-声子耦合，但是通常由于吸收损耗和由不均匀加宽引起的失相而被避免。我们的实验表明，激子极化激元在半导体微腔使GHz的光力学与单粒子共振耦合达到记录值在10秒的MHz范围。此外，这种共振增强受到拉比间隙的保护，不受非均匀加宽的影响。单极化激元非线性和光机械强耦合制度成为在这个平台上访问。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Twisting Optomechanical Cavity
机械旋转和振荡的频率比光的频率低得多，因此它们通常不会相互耦合。在这封信中，我们表明，扭转机械振荡的光学腔可以耦合到光学模式，通过引入双折射，产生非简并模式在腔中：普通和非常的光线。扭曲空腔混合它们并调节电磁能量。通过对总能量的量子化，得到了扭转光机械哈密顿量，揭示了光可以共振驱动扭转振动。
2022-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable linear and quadratic optomechanical coupling for a tilted membrane within an optical cavity: theory and experiment
我们提出了一个实验研究的光学机械系统形成的振动薄半透明膜内的高精细光学腔。我们表明，光学腔模式和振动模式的膜之间的耦合可以通过改变膜的位置和方向进行调谐。特别是，我们证明了一个大的二次色散光机械耦合对应于避免交叉弱耦合在膜表面的散射光腔模式。用腔本征模的一阶微扰处理很好地解释了实验结果。
2011-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Intermittency in an Optomechanical Cavity Near a Subcritical Hopf Bifurcation
实验研究了超导微波传输线谐振腔中嵌入振荡机械谐振器的光机械谐振腔。机械谐振器和微波腔之间的可调谐光机械耦合是通过在机械谐振器上方放置一根镀铱的单模光纤来引入的。机械谐振器和涂层光纤之间的电容引起光机械耦合，这可以通过改变光纤-谐振器距离来控制。我们研究了辐射压力引起的自激振荡作为微波驱动参数（频率和功率）的函数。极限环和稳态行为之间的间歇性观察与蓝色失谐的驱动频率。实验结果是占一个模型，该模型考虑到达芬类非线性的微波腔。一个稳定性分析揭示了一个亚临界的Hopf分岔附近的区域，观察到的不稳定性。
2014-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dueling Dynamical Backaction in a Cryogenic Optomechanical Cavity
动态反作用已被证明是腔光学力学中的通用工具，允许使用受限的光学光子精确操纵机械谐振器的运动。在这项工作中，我们提出了测量的硅回音壁模式的光机械腔，其中反作用源于相对的辐射压力和光热力，与前者支配的光机械弹簧效应和后者管理的光机械阻尼。在足够高的光输入功率，我们表明，光热力驱动的机械谐振器进入自振荡的泵浦光束失谐到较低的频率侧的光学谐振，相反，人们会期望一个辐射压力为主的optomechanical设备。使用一个完全非线性模型，我们适合的滞后响应的光机腔提取其属性，表明这种非边带分辨设备存在的制度，光热阻尼可以用来冷却其运动的量子基态。
2019-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Highly efficient coupling from an optical fiber to a nanoscale silicon optomechanical cavity
我们展示了从光纤到硅光子晶体光机械腔的高效光耦合。光纤-腔耦合采用紧凑型（L ~ 25 μ m）中间绝热耦合器。光学耦合是光刻控制的、宽带的、对光纤未对准相对不敏感的，并且原则上允许光从光纤传输到折射率大于光纤的折射率的任何光子芯片。在这里，我们展示了单侧腔耦合与总光纤腔光功率耦合效率为85%。
2013-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gain-tunable optomechanical cooling in a laser cavity
本文研究了含有光学增益介质的腔-光机系统中腔镜的光学冷却。我们发现，在阈值以上，非相干泵浦激光的光学阻尼率是非常小的。然而，在存在外部相干驱动的情况下，相对于无源腔的光学阻尼率，光学阻尼率可以显著增强。我们表明，强度的非相干泵提供了一个管道，以调整阻尼率和最低可达到的声子数与相同的辐射压力，后者可以降低从被动腔，如果热的贡献是不可忽略的。我们还表明，该系统可以经历一个过渡，从弱光机耦合制度的强光机耦合制度作为非相干泵浦强度的变化。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Near-field cavity optomechanical coupling in a compound semiconductor nanowire
III-V族化合物半导体纳米线是一种用于新型混合量子界面的有吸引力的材料，该新型混合量子界面通过嵌入其独立结构中的波长可调量子结构来互连光子、电子和声子。然而，在这样的纳米机械元件中，一个挑战是如何通过其微小的机械运动来检测和操纵少量的声子。一个解决方案是通过引入“腔光学机械”框架将光学腔耦合到纳米线，但它们之间的典型尺寸差异成为实现这一目标的障碍。在这里，我们展示了近场耦合的二氧化硅微球腔和外延生长的InP/InAs独立纳米线。倏逝光机械耦合不仅能够通过平衡零差干涉法精细探测机械运动，而且能够调谐纳米线中的谐振频率、线宽、Duffing非线性和振动轴。将这种腔光学力学与外延纳米线工程相结合，为新型量子精密测量和信息处理开辟了道路。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity Mode Frequencies and Strong Optomechanical Coupling in Two-Membrane Cavity Optomechanics
研究了含有两个振动介质膜的法布里-珀罗腔的腔模频率。我们推导出的模式共振方程，并提供近似的解析解，他们作为一个函数的膜的位置，这作为一个很好的近似时，两个膜的相对位置和质心位置远小于腔长。利用这些解析解，人们发现，当两个膜被放置得非常靠近由它们形成的内腔的谐振时，在高反射膜的极限中可以实现膜相对运动的极大的光机械耦合。我们还研究了系统的腔精细度，并验证了在大耦合的条件下，它不会受到两个膜的存在的明显影响。光机械耦合和腔衰减率之间的比率的可实现的大值，$g/κ$，使该双膜系统的最简单的有前途的平台，用于实现腔光机械在强耦合制度。
2016-06-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Synchronization in an Optomechanical Cavity
研究了光纤上光机械腔中的自激振荡。当注入腔中的光功率被周期性调制时，观察到同步。基于Fokker-Planck方程的理论分析评估了自振荡机械谐振器的预期相空间分布（PSD）。采用层析成像技术从测量的反射光功率中提取PSD。时间分辨的状态层析成像测量进行研究的相位扩散和相位锁定的SEO。实验确定了同步发生的失谐区域，并将结果与理论预测进行了比较。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Review of cavity optomechanical cooling
宏观力学系统的量子操纵在基础物理学和从高精度计量到量子信息处理的应用中都有很大的兴趣。一个关键的目标是将机械系统冷却到它的量子基态。本文重点介绍了利用腔增强光场与机械运动相互作用来降低热噪声的腔光机冷却技术。近年来在这一领域的理论和实验研究取得了显著的进展，在制备介观力学系统的运动量子基态方面取得了重大进展。本文首先介绍了腔光机冷却的量子理论，包括量子噪声方法和协方差方法，然后介绍了最新的实验进展。最后，新的冷却方法进行了讨论沿强耦合制度和冷却超出解决边带限制的方向。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall 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
Observation of generalized optomechanical coupling and cooling on cavity resonance
光场与腔镜运动之间通过辐射压的光机耦合对于宏观量子物理的探索和引力波的探测具有重要意义。它已被用来冷却机械振荡器到其量子基态，并已被认为是提高GW检测器的灵敏度，例如通过光学弹簧效应。在这里，我们提出了广义的，即色散和耗散的光机耦合，与宏观（1.5毫米）^2大小的氮化硅（SiN）膜在腔增强迈克尔逊型干涉仪的实验表征。我们报告的第一次强大的光学机械冷却耗散耦合的基础上，即使在腔谐振，在良好的协议与理论。我们的结果将允许新的实验制度，在宏观量子物理和GW检测。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall gr-qc physics.optics
Optomechanical sideband cooling of a thin membrane within a cavity
我们提出了一个实验研究的动态反作用冷却的基本振动模式的薄的非透明膜放置在一个高精细光学腔。我们研究了辐射压力相互作用如何改变振动模式的力学响应，实验结果与耦合动力学的朗之万方程描述一致。实验是在解析边带机制中进行的，我们观察到冷却因子为350。我们还观察到与腔模频率相对于有效膜位置的扩展中的二次项相关的机械频移，这在其他腔光机设备中通常可以忽略不计。
2012-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity optomechanics with arrays of thick dielectric membranes
由结构化柔性微透镜构成的光机阵列是研究量子和多体光机现象的一个很有前途的系统。我们推广调查的光学机械性能的周期性阵列的一维散射体在光学谐振器的振动膜的情况下，其厚度不一定是小的相对于感兴趣的光波长。本文用解析和数值方法研究了阵列的光透射谱及其与线性法布里-珀罗腔场的光机耦合。
2016-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Sensing Dispersive and Dissipative Forces by an Optomechanical Cavity
我们实验研究了一个光机械腔，形成之间的机械谐振器，这是作为一个可移动的反射镜，和一个固定的光纤介质镜。当光纤尖端和机械谐振器之间的距离小于约1微米时，观察到系统行为的显著变化。观察到的效果是由于卡西米尔力，库仑相互作用，由于陷阱电荷，和光机耦合的综合影响。实验结果与理论计算结果的比较表明，两者具有部分一致性.
2016-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
An optomechanical platform with a 3-dimensional waveguide cavity
在低温下，微波腔通常优选用于各种系统的读出和控制。本文介绍了一种基于三维矩形波导腔的光机器件的设计和测量。我们表明，通过适当修改与腔基模对应的电磁场，等效电路电容可以降低至29 fF。通过将机械谐振器耦合到腔的修改的电磁模式，我们实现了43 $\%$的电容参与比。我们证明了一个光学机械的协同性，$C$ $\sim$ 40，其特征在于进行测量的光学机械诱导吸收（OMIA）的限制。此外，由于腔的两半之间的低阻抗环境，我们的设计具有在机械谐振器上并入DC偏置的灵活性，这通常是可调谐光机械设备中的期望特征。
2019-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlinear interaction effects in a strongly driven optomechanical cavity
我们考虑如何非线性相互作用的影响，可以体现自己，甚至在一个强驱动的光机系统得到增强。使用Keldysh格林函数的方法，我们计算修改的腔密度的状态，由于线性和非线性光机械相互作用，显示出强大的修改，甚至可以出现弱的非线性相互作用。我们展示了如何这个量可以直接探测在optomechanically-induced透明型实验。我们还展示了如何增强的相互作用可以导致非经典行为，证明了g_2关联函数的行为。
2013-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of noiseless phase-mixing amplification in a cavity optomechanical system
量子力学对放大的极限的研究，无论从基础层面还是从潜在应用的角度来看，都是一个重要的课题。我们在这里提出了一种新的设置的光机械放大器，由一个机械谐振器分散耦合到一个光机械腔周围的机械边带不对称驱动。我们表明，在一般的理由，本放大器工作在一个新的制度-我们在这里称之为相位混合放大。同时，对于适当的参数选择，这里提出的放大器作为相敏放大器操作。此外，我们表明，这两种配置允许放大低于标准的量子限制在一个参数范围内兼容的微波电路光力学的当前实验。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity quantum optomechanical nonlinearities and position measurement beyond the breakdown of the linearized approximation
本文提出一种非线性腔量子光力学理论框架，利用光学广义dyne检测获取机械位置信息，实现了超越线性化近似崩溃的位置测量，将推动量子计量与控制等领域发展。
2023-08-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optimal limits of cavity optomechanical cooling in the strong coupling regime
介观机械谐振器的激光冷却无论是在理论研究还是在实际应用中都具有重要意义。我们提供了一个一般的框架来描述强耦合制度的腔辅助反作用冷却。通过对冷却动力学的研究，我们发现平均声子数的时间演化是依赖于频率混合的光-机耦合强度的函数。进一步的分析结果表明，当系统本征模满足频率匹配条件时，可得到最佳冷却极限。本文还提出了用动态耗散冷却方法降低瞬态冷却极限的方法。研究结果为强耦合条件下介观机械谐振器的反作用冷却优化提供了指导。
2014-11-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum backaction and noise interference in asymmetric two-cavity optomechanical systems
我们研究了腔阻尼不对称性对“中间膜”光学机械系统中反作用的影响，其中机械模式调制两个光子模式之间的耦合。我们表明，在绝热极限下，该系统一般实现了耗散的光机耦合，与有效的位置相关的光子阻尼率。由此产生的量子噪声干涉可用于基态冷却未分辨边带区的机械谐振器。我们明确地展示了量子噪声干扰如何控制线性反作用效应，并表明这种干扰即使在绝热极限之外也会持续存在。对于极端坏腔极限中的单口腔，干涉允许消除所有线性反作用效应。这允许位置平方的连续测量，对单光子光机械耦合强度没有严格的限制。相比之下，这种完全抵消在良好腔极限中是不可能的。这对机械能的量子非破坏测量所需的光机耦合施加了严格的限制，即使在单端口设备中也是如此。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons
集成光子电路是光子量子技术和实现基于芯片的量子器件的关键部件。未来的应用需要灵活的架构来克服许多当前设备的常见限制，例如缺乏可调性或内置量子光源。在这里，我们报告的动态可重构集成光子电路，包括集成量子点（QD），马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和表面声波（SAW）换能器直接制造在单片半导体平台上。我们演示了片上单光子产生的量子点及其亚纳秒级的动态片上控制。两个独立应用的SAW压电光学机械地旋转MZI中的单光子或光谱调制QD发射波长。在MZI中，SAW压印了一个依赖于时间的光学相位，并将量子比特旋转调制到输出叠加态。这实现了频率超过1千兆赫的动态单光子路由。最后，量子点的动态单光子控制和光谱调谐的结合实现了输入光子态的波长复用和在输出端的解复用。我们的方法可扩展到多组件集成量子光子电路，并与混合光子架构和其他关键组件，例如光子谐振器或片上检测器兼容。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Generating EPR beams in a cavity optomechanical system
我们提出了一个在光机械系统中产生两个光模相位正交振幅之间连续变量纠缠的方案。在适当的驱动功率和失谐量下，量子纠缠对水浴温度和机械振子的$Q$不敏感。在现实的实验条件下，我们发现即使在室温下，纠缠也可以很大。
2009-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Novel Architecture for room temperature microwave optomechanical experiments
提出了一种基于三维微波谐振腔与柔性薄膜耦合的新型室温微波谐振腔光机械结构。设备参数已经能够解决膜的热机械运动，并观察光学机械诱导的透明度/吸收的线性制度，第一次在室温下操作的微波光学机械系统。我们已经提取了单光子耦合率（g 0）使用四个独立的测量技术，从而获得一个完整的表征所提出的腔光机系统。
2022-11-25 cond-mat.mes-hall
Large cooperativity and microkelvin cooling with a three-dimensional optomechanical cavity
在腔光学力学中，光被用来控制机械运动。该领域的一个中心目标是实现单光子强耦合，这将使量子运动叠加态的创建成为可能。达到这个极限需要在光机械耦合和腔相干性方面的显著改进。在这里，我们介绍了一个光学机械结构的氮化硅膜耦合到一个三维超导微波腔。利用他们的大品质因数，我们实现了146，000的光机协同性，并执行千赫兹频率膜运动的边带冷却到34 $\pm$ 5 $μ$ K，迄今为止报道的最低机械模式温度。所实现的冷却仅受信号发生器的经典噪声的限制，并且应当利用超导滤波器深入延伸到基态。我们的研究结果表明，这种光力学的实现有可能达到超大合作和单光子强耦合的制度，开辟了新一代的实验。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity mode dephasing via the optomechanical interaction with an acoustic environment
我们考虑包括单个腔模和声模的密集谱的光机械系统，并求解初始腔模Fock的量子动力学（即，光子数）叠加态和热声态。光-机相互作用导致无阻尼的移相，并与引力退相干有一定的相似性。对于一个腔模局部耦合到一个一维（1D）的弹性弦状环境或二维（2D）的弹性膜状环境，我们发现，失相动力学分别依赖于字符串的长度和膜面积-的结果，在一个无限大小的字符串或膜的限制红外发散。另一方面，对于局部耦合到三维（3D）体弹性固体的腔模式，失相动力学与固体体积无关（即，是红外有限的），但取决于耦合腔的局部几何形状--“点状”耦合腔极限中紫外发散的结果。我们认为作为可能的各自实现的腔耦合-1D和2D声学环境，LC振荡器电容耦合到一个部分金属化的带和腔光模式通过光压力与膜相互作用。
2021-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Floquet approach to bichromatically driven cavity optomechanical systems
我们发展了一种Floquet方法来求解稳态下的时间周期量子Langevin方程。我们表明，两个时间的关联函数的系统运营商可以扩展在一个傅里叶级数和广义维纳-欣钦定理有关的傅里叶变换的第零傅里叶分量的测量频谱。我们将我们的框架双色驱动腔光学机械系统，其中机械振荡器最近已准备在量子压缩态的设置。我们的方法提供了一种直观的方法来计算任意旋转坐标系下时间周期量子朗之万方程的功率谱密度。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Signatures of nonlinear cavity optomechanics in the weak coupling regime
我们确定的固有的非线性相互作用的光腔光学机械系统中的机械运动之间的签名。这些签名是可观察到的，即使当腔线宽超过光机耦合率。一个强激光驱动器从腔共振频率的两倍的机械频率的红失谐使两个声子过程共振，这导致了一个非线性版本的光机械诱导透明。这种效应为测量机械振子的平均声子数提供了一种新的方法。此外，我们表明，如果强激光驱动失谐的机械频率的一半，光机械诱导透明也发生由于共振双光子过程。在这种情况下，腔对第二探针驱动的响应在探针功率方面是非线性的。这些效果应该是可观察到的光学机械耦合强度，已经在实验中实现。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical heat transfer between molecules in a nanoplasmonic cavity
我们探讨了局部表面等离子体激元模式是否可以通过与分子振动的光机械相互作用在纳米等离子体激元腔的热点中放置的分子之间传递热量。我们证明，外部驱动的等离子体共振确实诱导一个有效的分子-分子相互作用对应的一个新的传热机制，这甚至可以更有效地冷却热分子比其加热由于振动泵激的等离子体。这种新颖的机制允许通过驱动激光的强度和频率主动控制分子之间的热流速率。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable Normal mode splitting and Switching performance in hybrid optomechanical semiconductor microcavity containing single quantum dot
我们从理论上探讨了在由两个光耦合的半导体微腔组成的混合量子光机械系统中可能实现全光开关的光学双稳态及其性能。其中一个腔由外部光泵浦激光器驱动，而包含量子点的第二腔由从第一腔透射的光间接驱动。由于光机械非线性产生的振荡行为表现出典型的光开关行为，并且可以通过改变激光功率、量子点腔耦合、摇摆参数和光机械耦合来控制。从机械位移谱中可以看到机械光学模式之间能量交换的清晰特征。这些结果表明，本系统可用于敏感的光开关和光传感器的应用。
2019-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
