Phonon laser action in a tunable, two-level photonic molecule
光学激光的声子模拟一直是人们感兴趣的课题。我们展示了一个复合微腔系统，耦合到一个射频机械模式，在密切类似的两个级别的激光系统的操作。反转产生增益，导致声子激光作用高于约50 $μ$ W的泵浦功率阈值。该器件具有连续可调的增益谱，可选择性地放大从射频到微波速率的机械模式。被视为布里渊过程，该系统访问的制度，其中声子发挥传统上是斯托克斯波的作用。出于这个原因，还应该可以在声子和光子激光状态之间可控地切换。机械模式的冷却也是可能的。
2009-07-29 quant-ph
Non-monotonic dependence of the radiation linewidth in a phonon laser
本文证明声子激光器中辐射线宽对泵浦的依赖呈非单调性，原因是零解与非零解的频谱对噪声幅度依赖不同，且在特定温度以上向非零解转变会使线宽增加。
2024-07-30 physics.optics quant-ph
Single-ion phonon laser in the quantum regime
Innovation Academy of Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院）；University of the Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；College of Science, National University of Defense Technology（国防科技大学理学院）
本文研究单离子通过三能级模型生成量子声子激光态，分析稳态特性及量子统计特性，提出实验方案并讨论阈值效应。
2026-03-02 quant-ph
Phonon laser in a cavity magnomechanical system
光学激光的声子模拟已成为研究的热点。本文从理论上研究了由微波谐振腔、铁磁小球和均匀外加偏置磁场组成的腔型磁力系统中的声子激光。该系统可以分别通过磁致伸缩相互作用和磁偶极子相互作用实现声子-磁振子耦合和腔体光子-磁振子耦合，磁振子同时被强微波场直接驱动。首先给出了能达到声子激光阈值条件的驱动磁场强度。然后，我们证明了声子激光器可以很好地控制由一个可调的外部磁场，而不改变其他参数，这提供了一个额外的自由度相比，声子激光器在光机系统。最后，在实验可行的参数下，我们的方案的阈值功率接近光机系统的情况。我们的结果为在磁力系统中实现声子激光提供了理论基础。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal Phonon Laser
我们提出了在由光机械和自旋共振腔组成的耦合腔系统中的非互易声子激光。我们表明，光学Sagnac效应导致显着修改的机械增益和功率阈值的声子激光。更重要的是，该系统中的声子激射是单向的，即当耦合系统在一个方向上被驱动而不是在另一个方向上被驱动时，声子激射发生。我们的工作建立了潜在的低功耗机械隔离和单向放大的旋转光学机械设备。这提供了一个新的路线，以及在目前的实验能力范围内，操作腔光学机械设备的方向声子开关，不可见的声音传感，拓扑或手性声学等广泛的应用。
2018-12-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Laser cooling and control of excitations in superfluid helium
超流性是一种涌现的量子现象，它是由于液氦中元激发之间的强相互作用而产生的。这些激发已被探测技术，如中子和光散射的巨大成功。然而，迄今为止的测量一直是有限的，相当普遍的，以平均性质的大块超流体或驱动响应远离热平衡。在这里，我们使用腔光学力学探测实时超流激发的热力学。此外，强的光-物质相互作用允许激光冷却和热运动的放大。这为理解和控制超流体的微观行为提供了一种新的工具，包括声子-声子相互作用，量子化涡旋和二维量子现象，如Berezinskiii-Kosterlitz-无边界跃迁。这里研究的第三种声音模式也提供了一条通往量子光学力学的途径，包括飞秒有效质量，高机械品质因数，强声子-声子和声子-涡旋相互作用，并自组装成具有亚纳米特征尺寸的复杂几何形状。
2015-06-15 physics.optics quant-ph
Entanglement of a laser driven pair of two-level qubits via its phonon environment
研究了稳态下激光泵浦的二能级量子点对的纠缠动力学。紧密间隔的两级发射器，嵌入在半导体衬底中，与电磁场储库的环境真空模式以及晶格振动声子恒温器相互作用。我们发现，由于声子子系统的存在，对的组件之间的纠缠大大增强。其原因是声子诱导的对称和反对称两量子比特集体态之间的衰变，因此，后者的人口。这也意味着，通过热声子浴工程可以访问亚辐射两粒子合作态。
2018-03-16 quant-ph
Prototype of a phonon laser with trapped ions
我们提出了一个可调谐声子激光器原型与一个大的捕获离子阵列，其中一些离子有效地钉扎的光镊，从而隔离的离子，模仿作为声子激光谐振腔的声腔的子集。腔损耗可以通过镊子强度和“壁厚”来控制，即用于隔离的钉扎离子的数量。我们利用蓝边带激光器泵浦谐振腔，研究了腔模的激射动力学特性，如阈值行为、布居数分布、二阶相干性和谱线窄化等。该方案可以推广到由几个离子形成的多个腔模式组成的谐振器，在那里我们证明了模式竞争和同步的激光模式已经发展。
2020-11-16 quant-ph
Terahertz quantum cascade lasers with thin resonant-phonon depopulation active regions and surface-plasmon waveguides
我们报道了三阱，共振声子减少太赫兹量子级联激光器与半绝缘表面等离子体波导和减少有源区（AR）的厚度。比较了厚度为10、7.5、6和5 μm的器件的阈值电流密度、最高工作温度、输出功率和AR温度。较薄的AR对外延生长的技术要求较低，并且导致器件的电加热减少。然而，发现7.5 μ m厚的器件在阈值处提供最低的电功率密度，因为它们代表了低电阻和低阈值增益之间的最佳权衡。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exceptional Points in Random-Defect Phonon Lasers
光学机械器件中的固有缺陷通常被认为对于实现声子的相干放大是有害的，因此在制造没有（或最小数量的）缺陷的器件和材料时已经非常小心。与此相反，在这里，我们表明，通过超越一个例外点（EP），机械增益和声子数可以提高，尽管增加缺陷损失。这种违反直觉的效果，以及一个有效的非厄米声子缺陷模型描述，提供了一个机械模拟的损失引起的纯光学激光。这为在EP处操作随机缺陷声子器件开辟了道路。
2017-11-06 quant-ph
Stepwise quantum phonon pumping in plasmon-enhanced Raman scattering
等离子体增强拉曼散射（PERS）成为非线性时，声子泵浦和声子受激散射发挥作用。这是理解PERS及其光漂白行为的基础。通过将分子振动相干态量子化为声子数态，我们从理论上预言了PERS强度与激光功率的阶梯关系。实验证据是通过测量一个单层的孔雀石绿异硫氰酸酯分子夹在单独的金纳米球平面天线，在径向偏振激光激发的亚微瓦功率。
2017-05-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spin Correlations as a Probe of Quantum Synchronization in Trapped Ion Phonon-Lasers
本文从理论上研究了微阱中两个冷离子系统的量子同步。离子的运动被驻波激光器阻尼，同时也被导致自振荡的蓝色失谐激光器驱动。工作在非经典制度，这些振荡只包含几个声子，并有一个子泊松数方差，我们探讨如何同步发生时，两个离子弱耦合使用相对相位的概率分布。我们发现，强相关性之间产生的自旋和振动的自由度在每个离子，并发现，当两个离子同步的自旋自由度反过来成为相关的。这允许人们通过测量离子的内部状态来间接推断同步的存在。
2015-05-27 quant-ph
Room-temperature Mechanical Resonator with a Single Added or Subtracted Phonon
室温机械振荡器经历热布朗运动，其振幅比与单个激发声子相关的振幅大得多。这种运动可以读出和操纵使用激光使用腔光学机械的方法。通过执行强量子测量，即，通过对激光器边带中的单光子计数，揭示了在4GHz机械振荡器的300K热运动态上单声子的增加和减少。为了理解由此产生的机械状态，我们实现了层析成像计划，并观察高度非高斯相空间分布。利用极大似然方法，我们推导出了振子的密度矩阵，并证实了由于声子的增加和减少而导致的平均声子数的反直觉加倍。
2021-02-08 physics.optics quant-ph
Strong squeezing via phonon mediated spontaneous generation of photon pairs
提出了一种利用双腔光机系统产生鲁棒压缩光场的方案，其中一个腔由蓝失谐激光驱动，另一个腔由红失谐激光驱动。这个双腔系统被示出有效地模仿的相互作用，这是类似的下变频器，这是已知的是一个源的强压缩的光场。然而，由于导致这种相互作用的声子可以对量子噪声做出贡献，因此存在区别。结果表明，即使在$10$ mK量级的镜温下，输出光场也能达到$10$ dB量级的压缩.
2014-03-25 physics.optics quant-ph
A phonon laser in the quantum regime
本文在囚禁离子系统中通过两个独立耗散通道实现量子机制下的声子激光，平均声子数小于10，并展示了相位锁定与相位扩散的量子态重建。
2023-01-19 physics.atom-ph quant-ph
Mollow triplet for cavity-mediated laser cooling
在这里，我们分析了腔介导的激光冷却的实验装置与外部陷阱，强烈限制在腔轴的方向上的粒子的运动。结果表明，由于系统哈密顿量中的原子-声子-光子直接耦合项，定态声子数随原子-腔失谐量的变化呈现三个尖锐的极小值。这些共振与激光驱动原子系统的共振荧光中的Mollow三重态具有相同的起源。结果表明，激光拉比频率依赖的原子腔失谐产生最低的定态声子数为一个广泛的实验参数。
2013-10-15 quant-ph
Phonon-Assisted Incoherent Excitation of a Quantum Dot and its Emission Properties
本文详细研究了单量子点的声子辅助非相干激发机制。光谱失谐激光器通过声学声子的中介耦合到量子点跃迁，由此在T = 9 K时可以实现相对于严格共振激发高达20%的激发效率。对量子点强度的激光频率依赖性分析清楚地映射了底层的声学声子浴，并与我们的极化子主方程理论表现出良好的一致性。介绍了光致发光的解析解，该解析解预测了当电子-声子散射处于强声子耦合（极化）状态时的宽带非相干耦合过程。此外，我们调查的相干特性的发射光，并研究相关的泵和声子浴参数的影响。
2012-07-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Long-time correlated quantum dynamics of phonon cooling
研究了激光泵浦量子点与纳米机械振荡器耦合的光学谐振腔中振动自由度的稳态冷却动力学。声子冷却和量子点光子发射过程之间的相关性分别发生在光子激光吸收与振动声子吸收之后的光学谐振腔中的光子发射。因此，在腔模式中产生的光子的检测伴随地有助于纳米机械谐振器的声子冷却检测。
2014-05-05 quant-ph
Fröhlich Condensate of Phonons in Optomechanical Systems
我们建议，光机系统可以是潜在的平台，以实现声子的Fröhlich凝聚。我们考虑一个一维阵列的膜耦合到腔场通过二次相互作用，腔是由外部激光泵浦。分析和数值计算结果预测，最低或最高的机械模式的高声子占有率是可以实现的，这取决于驱动激光的失谐，optomechnical强度，和温度。大量的膜可以在很大程度上抑制弗里希凝聚体的退相干。我们的研究结果揭示了窄线宽声子激光，能量转换/转移，和有效的多模冷却。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable phonon-laser arrays with self-organized synchronization
Universidad de La Frontera（拉弗龙特拉大学）；Universidad de Santiago de Chile（智利圣地亚哥大学）；Khalifa University of Science and Technology（哈利法科学技术大学）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Universidad Mayor（麦斯特大学）
本文提出通过局部驱动在量子多体Ising-like自旋链中生成可扩展的可寻址声子激光器，实现自组织同步和全局相位锁定，克服了传统声子激光器的可扩展性和耦合限制。
2026-03-31 quant-ph
Collective enhancements in many-emitter phonon lasing
本文从理论上研究了声纳米腔中基于光驱动半导体量子点的多发射声子激光器。我们映射的声子激光哈密顿量的Tavis-Cummings型的相互作用与一个意想不到的额外的多发射极的能量转移。这种多发射器与腔模的相互作用导致取决于参与发射器的数量的各种谐振。我们证明了多发射声子激光除了这些集体现象外，还包括单发射共振。然而，我们获得了高的量子产率解决这些集体共振。我们清楚地证明了最大增强的最佳设置，并表明输出可以通过在两个声子共振的激射增加更多。
2017-09-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement signatures for quantum synchronization with single-ion phonon laser
本研究针对受外驱动的单离子声子激光器，探究其量子同步的纠缠特性，发现稳态纠缠最大值位于同步-非同步无噪声边界附近，纠缠后期动力学体现频率牵引且与刘维尔例外点相关，该结论可拓展至量子同步及相关应用。
2024-04-12 quant-ph
Phonon statistics in an acoustical resonator coupled to a pumped two-level emitter
最近，在理论和实验工作中，已经发展了光学激光的声学模拟的概念。我们在这里讨论一个模型的相干声子发生器的声音振动的量子特性的直接签名。所考虑的设置是由嵌入在声学纳米腔中的激光驱动的量子点（QD）。该系统的动力学解决了一个单一的声子模式在稳态和强量子点声子耦合制度超越长期近似。我们证明了声子统计具有量子特征，即亚泊松声子统计。
2015-02-04 quant-ph
Stimulated emission from NV centres in diamond
受激发射是激光器工作的基本过程，从而产生相干光子输出。尽管自20世纪80年代以来，带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心被讨论为潜在的激光介质，但迄今为止还没有明确的观察到NV $^-$系综的受激发射。缺乏证明的原因包括短的激发态寿命和零声子线周围的光对中性电荷态的光电离的发生。在这里，我们展示了从NV $^-$状态的声子边带中使用光的受激发射的理论和实验证据。我们的系统使用532 nm的连续波泵浦激光器和扫过NV $^-$的声子边带的脉冲激励激光器。最佳的受激发射表现在附近的三声子线在700 nm。当激发激光波长从700 nm减小到620 nm时，我们还发现了从受激发射到光电离的转变。虽然在零声子线的激光被电离抑制，我们的研究结果打开了基于NV中心的金刚石激光器的可能性，可调谐的声子边带。这将NV磁力计的应用从单中心纳米级传感器扩展到新一代超精密集成激光传感器，该传感器利用了激光系统的对比度和信号放大。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Zero-point excitation of a circularly moving detector in an atomic condensate and phonon laser dynamical instabilities
我们研究了在桌面实验中实现超辐射现象的原子凝聚体中的圆形运动杂质。杂质与凝聚体的密度波动耦合，用量子场论的语言来说，它就像是量子声子场的探测器。对于足够大的旋转速度，零点波动的声子场诱导一个相当大的激发率的检测器，即使当冷凝最初是在其基态休息。对于空间受限的凝聚体和谐波探测器，这种超辐射发射的声波提供了一个动力学不稳定机制，导致一个新的概念声子激光。与旋转黑洞的理论类比，我们的研究结果提出了一个有前途的途径，量子模拟基本的相互作用过程，涉及快速移动的探测器在弯曲的时空。
2020-09-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamical Casimir effect of phonon excitation in the dispersive regime of cavity optomechanics
本文从理论上提出并研究了一种可行的实验方案，在色散（远失谐）的振幅调制经典激光场驱动下，利用法布里-珀罗腔中的基态预冷机械振子（MO）构成的光机装置实现声子的动态Casimir效应（DCE）.驱动场的时间调制导致MO的机械真空涨落的参量放大，这导致在比腔寿命更长的时间尺度上产生Casimir声子。我们发现，所产生的声子表现出正交压缩，聚束效应，和超泊松统计，这是可控的外调制激光泵浦。特别是，我们发现，该计划允许一个完美的压缩转移从一个机械正交到另一个时，激光频率从红失谐到蓝失谐。此外，通过分析MO环境的热噪声效应，我们发现存在一个临界温度，在此温度以上，声子正交压缩不再发生。我们还表明，在存在的时间调制的驱动激光的线宽变窄的位移谱的MO可以被认为是一个签名的产生的Casimir声子。
2017-02-05 quant-ph
Comparing cavity and ordinary laser cooling within the Lamb-Dicke regime
空腔介导冷却有可能成为将分子物质冷却到非常低的温度的最有效的技术之一。在本文中，我们分析了相对较大的腔衰减率kappa和相对较大的声子频率nu的单激光驱动的腔冷却。结果表明，在兰姆-迪克近似的有效范围内，腔冷却与普通激光冷却本质上是相同的。这是通过推导一组封闭的速率方程，并计算相应的稳态声子数和冷却速率。例如，当nu比kappa大得多或小得多时，最小定态声子数的标度分别为kappa ^2/16 nu ^2（强约束区）和kappa / 4 nu（弱约束区）。
2010-11-28 quant-ph
Trapped ion quantum computation with transverse phonon modes
我们提出了一个方案，实现量子门上的任何一对被困离子沉浸在一个大的线性晶体，利用相互作用介导的横声子模式。与传统的方法相比，基于纵向声子模式，该计划是不太敏感的离子加热和Lamb-Dicke限制以外的热运动由于在横向方向上的更强的限制。这种增益的代价只是适度增加激光功率，以达到相同的门速度。我们还展示了如何实现任意速度的量子门与横向声子模式的基础上简单的整形的激光脉冲。
2006-01-23 quant-ph
Phonon-laser ultrasensitive force sensor
研制用于超灵敏力检测的纳米机械振荡器在科学探索中具有重要意义。我们报告了我们的成就超灵敏检测的外力有关的射频电场的纳米传感器由一个单一的捕获$^{40}$钙$^{+}$离子注入锁定下，其中压缩是另外施加到离子阱中的最小力的检测。所采用的离子被稳定地限制在表面电极阱中，并作为对外界扰动非常敏感的声子激光器工作。注入锁定驱动离子的振荡与相位同步，产生力检测与347 $\pm$ 50 yN/ $\sqrt{Hz}$的灵敏度。进一步对振荡相位方差施加3 dB压缩，我们成功地检测到最小力为86.5 $\pm$ 70.1 yN。
2021-10-04 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Finite-Time Electrometry with a Quantum-Regime Single-Ion Phonon Laser
Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy of Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Research Center for Quantum Precision Measurement, Guangzhou Institute of Industry Co., LTD（广州工业大学量子精密测量研究中心）；Institute for Quantum Science and Technology, College of Science, National University of Defense Technology（国防科技大学理学院量子科学与技术研究院）
利用边带冷却实现量子区单离子声子激光，通过相空间对称性破缺响应检测弱共振电场，揭示有限时间弛豫动力学决定传感性能，实现散粒噪声极限灵敏度14.15 μV/m/√Hz。
2026-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Dynamical emission of phonon pairs in optomechanical systems
多声子态在量子信息处理和量子精密测量中起着重要的作用。本文提出了一种基于受激喇曼绝热通过技术在单腔光机系统中实现声子对动态发射的方案，其中光腔由两束高斯脉冲激光驱动。通过研究态布居和平均声子数的量子轨迹，我们发现在适当的参数条件下，可以实现动态声子对发射，并且通过控制泵浦激光器的连续脉冲之间的时间间隔，可以实现动态声子对发射。特别是，对力学模式的标准和广义二阶关联函数的数值结果表明，该系统可以表现为反聚束声子对发射体。我们的建议可以扩展到实现一个反聚束$n$ -声子发射器，它有潜在的应用在片上量子通信。
2021-12-26 quant-ph
Laser-free method for creation of two-mode squeezed state and beam-splitter transformation with trapped ions
本研究提出一种基于时变电场和离子晶体非线性耦合的无激光方案，可制备双模压缩态、实现分束器变换，达到海森堡精度极限，还可用于构建三量子比特Fredkin门。
2023-03-10 quant-ph
Demonstrating the decoupling regime of the electron-phonon interaction in a quantum dot using chirped optical excitation
用啁啾激光脉冲激发半导体量子点允许通过快速绝热通过产生激子。在量子点中，这一过程可能会受到声子耦合的极大阻碍。在这里，我们添加一个高啁啾率的超短激光脉冲，并使用这些脉冲来激发一个单一的量子点。我们表明，我们进入一个制度，激子-声子耦合是有效的小脉冲面积，而较高的脉冲面积的激子从声子的去耦发生。因此，我们发现一个快速绝热通道的再现，在类比的拉比旋转在高脉冲区域的预测再现。测量结果与理论计算符合得很好。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical resonator mode to its quantum ground state
我们表明，它是可能的冷却纳米机械谐振器模式到其基态。所提出的技术是基于嵌入的量子点的声子边带的共振激光激发。边带耦合的强度直接由量子点光学跃迁的初态和终态的电子-声子耦合之间的差异决定。我们所描述的技术的可能应用包括产生非经典状态的机械运动。
2003-06-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulation of a quantum phase transition of polaritons with trapped ions
我们提出了一个新的系统，用于模拟集体内部量子比特和声子态的量子相变与线性晶体的囚禁离子。激光与离子的相互作用在激发光谱中产生了一个能隙，这引起了有效的声子-声子排斥和Jaynes-Cummings-Hubbard相互作用。该系统表现出与耦合腔阵列中极化激元的相变相当的特性。捕获的离子允许通过调节轴向捕获频率来容易地调谐跳跃频率，以及通过激光失谐和强度来调节声子-声子排斥。我们提出了一个实验协议，以访问系统的所有可观的，它允许一个获得签名的量子相变，即使有少量的离子。
2009-05-15 quant-ph
Quantum heat current in Terahertz-driven phonon systems
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究通过太赫兹脉冲驱动光学声子模式，探讨超快量子热力学，揭示非马尔可夫耗散现象。
2025-12-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Dissipative dynamics of atomic Hubbard models coupled to a phonon bath: Dark state cooling of atoms within a Bloch band of an optical lattice
分析了光晶格最低布洛赫带原子的激光辅助共振冷却方案。该方案借鉴了子反冲激光冷却的思想，在晶格中的原子耦合到BEC库的新环境中实施它们。在该方案中，布洛赫带之间的原子激发取代了正常激光冷却中原子的内部结构，光子的自发发射被BEC库中激发的产生所取代。我们分析了许多玻色子和费米子的冷却过程，并获得了可能的温度对应于我们的模型中的布洛赫带宽的一小部分。这个系统可以看作是一个多体开放量子系统的新实现。
2006-12-11 cond-mat.other quant-ph
Quantum limit of laser cooling in dispersively- and dissipatively-coupled optomechanical systems
机械振荡器可以通过将它们耦合到光学或微波腔来冷却。超越标准的量子噪声的方法，我们找到了一个解析表达式的稳态声子数的系统中的机械振荡器的位置调制腔频率以及腔线宽。我们追踪的起源为量子极限的冷却波动的光学力在和远离机械频率。最后，我们计算了不同耦合类型的最小声子数。我们的研究阐明了如何有利地结合色散和耗散光机耦合。
2013-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
