Cavity-Based 3D Cooling of a Levitated Nanoparticle via Coherent Scattering
我们实验实现了真空中悬浮纳米粒子的所有三个平移运动度的腔冷却。该粒子被一个与腔无关的光镊捕获，相干散射光镊光进入蓝失谐腔模。对于周围的真空压力$10^{-5}\,{\rm mbar}$，沿腔轴的最低温度在mK制度进行观察。同时，沿着其他两个空间方向的质心（COM）运动被冷却到几百个$\rm mK$的最低温度。通过测量压力变化时的温度和阻尼率，我们发现冷却效率依赖于腔内驻波中粒子的位置。该数据和COM温度作为腔失谐和镊子功率的函数的行为与实验的理论分析是一致的。我们的方法的实验限制和机会进行了概述。
2019-04-01 physics.optics quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Levitated Nanoparticle in the Presence of Laser Phase Noise
我们研究了在高精细度腔中冷却悬浮纳米粒子质心运动的背景下，激光相位噪声加热对分辨边带冷却的影响。虽然相位噪声加热不是一个基本的物理约束，它成为Levitodynamics中的主要限制的制度迄今尚未探索，因此体现了从这一点向前的主要障碍，在达到运动基态的悬浮介观物体与解决边带冷却。我们在$p = 3\times 10^{-7}$ mbar的压力下达到与$T_{min}=10$ mK相当的最小质心温度，仅受相位噪声的限制。最后，我们提出了可能的战略走向运动基态冷却的相位噪声的存在。
2019-10-10 physics.optics quant-ph
Optical and electrical feedback cooling of a silica nanoparticle levitated in a Paul trap
在保罗陷阱中的带电介电纳米粒子的所有三种运动模式都通过直接反馈冷却到几mK的温度。我们测试了两种方法，一种是基于电力和其他光学部队;对于这两种方法，我们发现类似的冷却效率。冷却的特征在于两个反馈力作为反馈参数，背景压力，和粒子的位置的函数。
2021-03-26 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Simultaneous ground-state cooling of two mechanical modes of a levitated nanoparticle
研究通过相干散射实现悬浮纳米粒子二维基态冷却，避免暗模式效应，将两个质心模式占据数降至0.83和0.81，为全3D基态冷却和高轨道角动量态生成奠定基础。
2022-10-05 physics.optics quant-ph
A photonic crystal cavity-optical fiber tip nanoparticle sensor for biomedical applications
我们提出了一种传感器，能够检测基于溶液的纳米粒子使用光纤尖端功能化的光子晶体腔。当被淹没后，从纳米粒子溶液中撤回传感器的提示，我们发现，对流流体力和光诱导捕获的组合导致纳米粒子的聚集直接形成在腔体表面上。耦合到光纤的量子点光致发光的简单读出表明，纳米颗粒的存在和浓度可以通过修改的腔特性来检测。我们的传感器可以检测金和氧化铁纳米颗粒，并可用于生物医学中的分子传感应用。
2012-04-03 physics.optics
Plasmonic Gas Sensing based on Cavity-Coupled Metallic Nanoparticles
在这里，我们展示了腔耦合金属纳米颗粒系统的气体传感能力，包括金纳米颗粒与聚合物间隔物从金镜分离。相对湿度（RH）的增加导致间隔物膨胀，这引起纳米颗粒散射强度的显著降低，因为散射高度依赖于与纳米颗粒-反射镜距离密切相关的腔-纳米颗粒耦合。这种无光刻的结构使得在RH范围（45-75%）内具有0.12 dB/% RH和0.25 dB/% RH的显著平均灵敏度，具有优于0.5%RH的估计分辨率，具有完全可逆性和几乎零滞后，表现出显著的气敏潜力。
2017-03-24 physics.optics
Cavity cooling of an optically levitated nanoparticle
捕获和操纵单个原子的能力是当前实现量子模拟、量子计算和长距离量子通信的核心。控制较大粒子的运动为量子科学开辟了新的途径，无论是在物质波干涉的背景下研究基本量子现象，还是在量子光力学的背景下新的传感和转换应用。具体而言，已经提出，在高真空中的单个纳米颗粒的腔冷却允许在室温环境中产生运动的量子态以及前所未有的力灵敏度。在这里，我们迈出了进入这一制度的第一步。我们演示了由大约10 e9个原子组成的光学悬浮纳米粒子的腔冷却。粒子被捕获在适度的真空水平的几个毫巴的驻波场的光学腔和冷却通过相干散射到同一腔的模式。我们估计，我们的冷却速率足以用于基态冷却，前提是未来可以实现10 e-7毫巴真空水平下的光学捕获，例如，通过采用附加的主动反馈方案来在三维中稳定光阱。这为新的光-物质界面铺平了道路，使介观力学系统的室温量子实验成为可能。
2013-05-01 physics.optics quant-ph
Optical cold damping of neutral nanoparticles near the ground state in an optical lattice
我们提出并证明了纯光学反馈冷却中性纳米粒子在光晶格的占领数为$0.85\pm0.20$。冷却力来源于在俘获激光器上产生的具有两个边带的移位光晶格的光学梯度。为了实现基态附近冷却所需的高精度位置观测，我们在$\unit[30]{kHz}$到$\unit[600]{kHz}$的频带中将激光强度噪声降低到相对功率噪声$\unit[6\times10^{-8}]{/Hz}$。我们建立了一种可重复的方法，通过放电和紫外光照射相结合，在高真空中中和纳米粒子。我们的结果形成了一个重要的基础，超冷纳米粒子的量子力学性质的调查，也是有用的中性纳米粒子的精密测量。
2022-06-21 physics.optics quant-ph
Sympathetic cooling and squeezing of two co-levitated nanoparticles
该研究在Paul阱中实现两个库仑耦合带电二氧化硅纳米颗粒的协同冷却与协同压缩，为纳米颗粒阵列的冷却、操控及高灵敏传感提供协议。
2022-11-08 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Cooling in a Bistable Optical Cavity
本文提出了一种通用的方法，用于非共振激光冷却的原子/分子的双稳态光腔。该方法证实了西西弗斯冷却的光子版本，其中物质修饰的腔从粒子中提取能量，并将其释放到外部场，作为两个稳定状态之间突然转变的结果。
2007-04-30 physics.optics quant-ph
Near-field coupling of a levitated nanoparticle to a photonic crystal cavity
悬浮介质粒子的量子控制是量子光力学中的一个新兴课题。一个主要的挑战是有效地测量和操纵粒子的运动在海森堡不确定性极限。在这里，我们提出了一个纳米光子接口适合解决这个问题。通过光学捕获一个150 nm的二氧化硅颗粒，并将其放置在近场的光子晶体腔，我们实现了可调谐的单光子光学机械耦合高达$g_0/2π=9$ kHz，三个数量级大于先前报道的悬浮腔光学机械系统。通过纳米光子结构的光的有效收集和引导导致与常规远场检测相比增加两个数量级的每光子位移灵敏度。所展示的性能为室温量子光学力学提供了一条有前途的途径。
2019-01-13 physics.optics quant-ph
Resonances in dissipative optomechanics with nanoparticles: Sorting, speed rectification and transverse cooling
电介质粒子与激光驱动的光腔之间的相互作用产生了保守动力学和耗散动力学，可以用来悬浮、捕获和冷却纳米粒子。我们分析和数值研究的双模设置中，沿腔轴的光势取消，使所产生的动力学几乎是纯粹的耗散。对于激光驱动器的适当失谐，这种耗散的光机械动力学可以用于根据颗粒的尺寸对颗粒进行分类，以矫正它们的速度并增强横向冷却。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Transfer of a levitating nanoparticle between optical tweezers
我们演示和表征的两个光镊之间的悬浮二氧化硅纳米球的转移，在低压下。两个光阱都安装在光纤的头上，并放置在真空室中的平移台上。我们的设置允许从实验室中物理分离粒子加载环境，其中第二个镊子可以将粒子定位在高精细度光学腔内。该分离防止在颗粒加载阶段期间损坏腔镜和腔室清洁度。我们的系统提供了一个非常可靠的和简单的可重复的协议，准备腔光学力学实验与悬浮纳米粒子，开辟了道路，系统的量子现象的研究和简化实现的传感设备。
2020-08-07 physics.optics quant-ph
Nanoparticle arrays levitated in a cavity for quantum sensing
University College London（伦敦大学学院）
研究悬浮纳米粒子阵列的集体运动谱特性，发现机械模式梳在力传感中比传统集体亮模式更具优势，并具备自我修复损耗的能力。
2026-10-20 physics.optics quant-ph
Real-Time Kalman Filter: Cooling of an Optically Levitated Nanoparticle
我们证明，卡尔曼滤波器应用于估计的位置的光学悬浮的纳米粒子，并在现场可编程门阵列（FPGA）内实时操作，是足以执行闭环参数反馈冷却的中心的质量运动到亚开尔文温度。沿着被捕获的纳米颗粒的光轴的平移质心运动已经被冷却了三个数量级，从300 K的温度到162 +/-15 mK的温度。
2018-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Cavity cooling of an optically trapped nanoparticle
我们研究了电介质纳米粒子在光学腔中的冷却。我们导出了腔场中运动的摩擦力，并证明了冷却速率与振幅和频率的平方成正比。被困粒子的径向和轴向质心运动与腔场耦合，均被冷却。这种运动类似于两个耦合但阻尼的振动。我们的模拟表明，纳米球可以在百分之一毫秒的时间尺度上冷却到其初始动量的1/e。
2009-10-07 physics.optics
Atom assisted cavity cooling of a micromechanical oscillator in the unresolved sideband regime
在高不可分辨边带区研究了光机械腔中全同二能级原子系综的机械振子的基态冷却。该体系表现出电磁诱导的类双折射量子干涉效应。与腔场的相互作用引起原子模和机械模之间的间接耦合。在存在这种相互作用的情况下，噪声频谱得到修改，并导致不对称的冷却和加热速率。利用量子主方程，研究了平均声子数随时间的演化，观察到机械谐振器中的平均声子占有率表现出基态冷却。
2016-02-27 physics.optics quant-ph
Feedback cooling of a levitated nanoparticle in a radially polarized vector beam trap
University College London（伦敦大学学院）；David Potter Institute for Quantum Information and Spacetime, University College London（伦敦大学学院戴维·波特量子信息与时空研究所）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文学系）
本文演示了径向矢量光束陷阱中二氧化硅纳米粒子的光学悬浮与反馈冷却，实现了毫开尔文温度，为利用结构光抑制悬浮量子光力学中的加热效应奠定了基础。
2026-09-28 physics.optics quant-ph
A photonic interface of chiral cavity quantum electrodynamics
腔量子电动力学在单量子水平上研究光与物质的相互作用。光子结构中手征光子-发射极耦合的特点是光的局部偏振锁定单向传播。然而，实现光子-发射极之间的强相互作用并实现方向锁定传输，这将在非互易量子器件中带来新的应用，目前还未见报道。本文提出了一种光子晶体与金属纳米颗粒耦合结构，通过高螺旋度的强局域场，在$\sim$ 95 $\%$光子单向传输的情况下，圆偏振光射入光子晶体波导的速率比没有纳米颗粒的情况大一个数量级，Rabi分裂谱的线宽约为只有纳米颗粒的十分之一，其可用于定向量子光源。
2018-09-04 physics.optics quant-ph
Recoil-limited feedback cooling of single nanoparticles near the ground state in an optical lattice
我们报道了光晶格中单个纳米粒子直接反馈冷却到其运动基态附近。我们发现，激光相位噪声触发严重加热纳米粒子的运动沿光晶格。当激光相位噪声降低几个数量级时，加热速率降低，因此占据数降低到约3。我们建立了一个模型，直接连接的加热速率和测量的激光相位噪声，并阐明了在我们的系统中，在最低的激光相位噪声下的占用数仅限于光子反冲加热。我们的研究结果表明，减少激光相位噪声附近的纳米粒子的振荡频率是至关重要的，使他们接近基态，铺平了道路，灵敏的加速度计和量子力学实验与超冷纳米粒子在光晶格。
2021-01-27 physics.optics
Cooling of a levitated nanoparticle with digital parametric feedback
悬浮纳米粒子的运动控制在光悬浮的基础研究和实际应用中起着核心作用。在这里，我们提出了一个数字参数反馈冷却的基础上切换两个捕获激光强度水平与方波调制。详细研究了调制深度和调制信号相位对冷却效果的影响。通过这种数字参数反馈方法，所有三个运动自由度的质心温度可以冷却到几十毫开尔文，这为通过可编程数字过程完全控制悬浮纳米颗粒的运动铺平了道路。
2019-04-09 physics.ins-det physics.optics
Cavity cooling of atoms: Within and without a cavity
我们比较了两种光学冷却方案的效率，其中单个粒子是在光学腔的内部或外部，在实验可实现的条件下。我们评估的冷却力使用的一般解决方案的传输矩阵方法的移动散射体内的一般一维系统组成的固定的光学元件。假设相同的原子饱和参数，我们发现，这两种冷却方案提供的冷却力和平衡温度的大小相当。
2011-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Cavity cooling of free silicon nanoparticles in high-vacuum
在过去的三十年里，激光冷却促进了原子物理学的发展，因为它允许人们制备只能用量子力学描述的运动态原子。然而，大多数方法，例如多普勒冷却、偏振梯度冷却或亚反冲激光冷却，依赖于激光和明确定义的内部状态之间的近共振和循环耦合。虽然最近甚至在双原子分子中实现了这一壮举，但对于介观粒子来说非常困难。有人提出，外部空腔可以补偿介电物体中内部循环转变的缺乏，因此可以帮助冷却它们的质心状态。在这里，我们展示了在真正的高真空（< 10^8毫巴）中传播的硅纳米颗粒的横向动能的腔冷却。我们使用激光诱导的热机械应力在原始硅晶片上以纵向速度甚至低至v < 1 m/s来创建和发射它们。与高精细度红外腔的光的相互作用使它们的横向动能减少了30倍以上。这是对最近提出的探索质量范围在10^7到10^10 amu之间的物体的量子力学的非线性的新测试的重要一步。
2013-06-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nonlinear dynamics and millikelvin cavity-cooling of levitated nanoparticles
光学机械系统探索和利用光与物质的机械运动之间的耦合。一个非线性耦合提供了丰富的新物理，在量子和经典制度。我们调查一个动态的，而不是通常研究的静态，非线性光学机械系统，包括悬浮和冷却的纳米球的混合电-光阱。光学腔提供线性位置和二次位置（非线性）光物质耦合的读出，同时在高真空中无限期地将纳米球冷却到毫开尔文温度。我们观察到冷却的线性和非线性运动，导致$10^5$倍减少声子数$n_p$，达到最终occupancy的$n_p = 100-1000$。这项工作使悬浮物体的腔冷却到量子基态变得触手可及。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Laser noise in cavity-optomechanical cooling and thermometry
我们回顾和研究量子和经典波动的作用，在最近的腔光学机械实验，现在已经达到了量子制度（机械声子占有率< 1），使用解决边带激光冷却。特别是，激光噪声加热的机械谐振器和光学转换的机械光谱的形式，修改量子和经典的激光噪声挤压，在各种测量条件下导出。利用这一理论，我们分析了我们最近的基态激光冷却和动态边带不对称实验与纳米光机械晶体谐振器。
2012-10-09 physics.optics quant-ph
Critical Ambient Pressure and Critical Cooling Rate in Optomechanics of Electromagnetically Levitated Nanoparticles
介绍了临界环境压力的概念。当环境压力变得与临界值相当或小于临界值时，粒子从其陷阱中逃脱，即使粒子运动被迄今为止实现的反馈（或腔）冷却方案之一冷却。临界环境压力可能很小，以至于它不是基态冷却的限制因素，但也引入了临界反馈冷却速率，这是限制因素。如果任何反馈冷却速率变得与其临界值相当或大于其临界值，则粒子逃离其陷阱。临界反馈冷却速率不同于众所周知的测量噪声的表现形式。对应于粒子运动的某个分量的临界反馈冷却速率通常小于标准量子极限发生时的最佳反馈冷却速率，除非该分量由库仑力（而不是光学梯度力）冷却。此外，假定z分量的测量噪声小于其它两个分量的测量噪声（假设照射用于光电检测的粒子的光束平行于z轴传播），其中粒子运动的z分量通过库仑力冷却的反馈方案具有最佳性能。这一结论与本文第一版发表的实验结果一致。的临界环境压力，临界反馈冷却速率，和最小可实现的平均声子数的系统的参数的依赖性，推导出，并可以通过实验验证。所提出的关于电磁力、电磁力波动和测量噪声的见解和细微之处可能在除了这里所研究的系统之外的许多系统中有用。
2021-10-27 physics.optics quant-ph
Squeezed light from a levitated nanoparticle at room temperature
力学系统的量子测量可以通过有质动力产生光压缩。它的观测需要高度的环境隔离和有效的检测，通常通过使用光学腔和低温冷却来实现。在这里，我们实现了这些条件，通过测量在室温下的光学悬浮纳米粒子的位置，没有开销的光学腔。我们使用一个快速的外差检测，同时重建正交光学求积，并观察$9\%\pm0.5\%$的噪声降低低于散粒噪声。我们的实验为挤压光增强传感提供了一种新颖的无腔平台。同时，它描绘了一个清晰而简单的策略，以观察平稳的光机纠缠。
2022-02-21 physics.optics quant-ph
Scalable all-optical cold damping of levitated nanoparticles
悬浮动力学领域在控制和研究悬浮纳米颗粒的运动方面取得了重大进展。运动控制依赖于经由腔的自主反馈或经由外力的基于测量的反馈。基于测量的单个纳米颗粒的基态冷却的最近演示采用线速度反馈，也称为冷阻尼，并且需要经由外部电极在带电粒子上使用静电力。在这里，我们介绍了一种新的全光冷阻尼方案的基础上的陷阱位置的空间调制，可扩展到多个粒子。该方案依赖于使用可编程的光镊，以提供完全独立的控制陷阱频率和每个镊子的位置。我们表明，该技术冷却的质量中心运动的粒子下降到$17\,$ mK在压力为$2 \times 10^{-6}\,$毫巴，并证明其可扩展性，同时冷却两个粒子的运动。我们的工作为研究粒子之间的量子相互作用铺平了道路，实现了粒子运动的3D量子控制，而无需基于腔的冷却，电极或带电粒子，并探测悬浮光机械系统中的多体纠缠。
2022-05-09 physics.optics quant-ph
Sub-Kelvin Parametric Feedback Cooling of a Laser-Trapped Nanoparticle
最近的实验已经证明了通过动态反作用将宏观力学振子光学冷却到其量子基态的能力。这样的实验使得量子力学可以用介观物体进行测试，并且代表了迈向量子光学存储器、换能器和放大器的重要一步。到目前为止考虑的大多数振荡器都与它们的热环境严格相连，从根本上限制了它们的机械Q因子，并需要低温预冷到液氦温度。在这里，我们展示了参数反馈冷却的激光捕获的纳米粒子，这是完全隔离的热浴。没有夹紧机构提供了与内部振动的鲁棒解耦，并且使得可以通过单个激光束在所有自由度上冷却纳米颗粒。与激光捕获微球相比，纳米粒子具有共振频率高、反冲热低的优点，这为量子基态冷却提供了有利条件
2012-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical cooling of lead halide perovskite nanoparticles enhanced by Mie resonances
卤化物钙钛矿是一类在室温下具有高效发光和强电子-声子相互作用的半导体材料，具有良好的光制冷性能。另一方面，基于钙钛矿的纳米光子设计将允许在纳米级进行有效的光学冷却。在这里，我们提出了一种新的策略，在纳米级的基础上，在卤化物钙钛矿纳米粒子的光学共振工程的光学冷却增强。即，纳米颗粒中的光致发光上转换效率通过在发射和吸收波长处激发米氏共振来优化。在波长980 nm和中等强度（7 × 10 $^6$ W/cm 2）的CW照射下，对于玻璃衬底上的混合卤化物钙钛矿（CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$）530 nm纳米颗粒，实现了超过100 K的优化的理论光致温度降低。优化制度起源于同时激发的磁四极和磁八极在泵浦和发射波长，分别。热敏感的光致发光信号和卤化物钙钛矿纳米腔制造的简单性的组合将为实现用于高级应用的纳米级光学冷却器铺平道路。
2019-05-30 physics.app-ph physics.optics
5D cooling and nonlinear dynamics of an optically levitated nanodumbbell
真空中的光悬浮非球形粒子是扭矩传感、旋转量子力学、高频引力波探测和多种其他应用的优秀候选者。许多潜在的应用，如检测Casimir扭矩附近的双折射表面，需要同时冷却的质心运动和扭转振动（或旋转）的非球形纳米粒子。在这里，我们报告了悬浮纳米颗粒的第一个5D冷却。我们在线偏振激光器中同时冷却了悬浮纳米钟的3个质心运动模和2个扭转振动模。唯一未冷却的刚体自由度是纳米哑铃绕其长轴的旋转。这种自由旋转模式不直接耦合到光镊。令人惊讶的是，我们观察到它强烈影响纳米钟的扭转振动。这项工作加深了我们对悬浮纳米粒子的非线性动力学和旋转耦合的理解，并为实现其运动的完全量子控制铺平了道路。
2020-04-06 physics.optics quant-ph
Inert shell coating for enhanced laser refrigeration of nanoparticles: application in levitated optomechanics
Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）；School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数理科学学院）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems, Macquarie University（麦考瑞大学工程量子系统卓越研究中心）；School of Engineering, Macquarie University（麦考瑞大学工程学院）；ARC Centre for Nanoscale BioPhotonics, Macquarie University（麦考瑞大学纳米生物光子学中心）
研究设计了具有惰性壳层的纳米颗粒以提高激光制冷效率，发现壳层结构使部分纳米颗粒显著降温，达到147K，为实现绝对冷却开辟新途径。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Temperature of a nanoparticle above a substrate under radiative heating and cooling
控制涉及纳米颗粒和衬底的结构中的温度是涉及微和纳米级传热的应用的关键问题。我们研究了在单色光照射下，以热辐射作为唯一的热损失通道，单个纳米粒子与平板基底相互作用的热行为。我们开发了一个模型来计算纳米粒子的温度，基于一个有效的偶极极化率的方法。使用数值模拟，我们彻底调查影响纳米颗粒温度的各种参数的影响，如纳米颗粒到衬底的间隙距离，入射光的波长和偏振，或材料的共振。这项研究提供了一个工具，热表征和设计的微或纳米尺度系统耦合基板与纳米粒子或光学天线。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
6 GHz hyperfast rotation of an optically levitated nanoparticle in vacuum
我们报告了一个实验观察的破纪录的超高旋转频率约6 GHz的光悬浮纳米粒子系统。我们用高数值孔径（NA）的物镜在重力方向上光学捕获纳米颗粒，这在补偿散射力和电泳力对陷阱的影响方面显示出显著的优势，特别是在中等压力（约100 Pa）下。这使我们能够在不使用反馈冷却的情况下从大气压到低压（$10^{-3}$ Pa）捕获纳米颗粒。我们测量的最高旋转频率约为4.3 GHz的被困纳米粒子没有反馈冷却和6 GHz的旋转与反馈冷却，这是迄今为止报道的最快的机械旋转。我们的工作提供了有用的指导，有效地观察超高速旋转的光学悬浮系统，并可能会发现各种应用，如超灵敏的扭矩检测，探测真空摩擦，并测试非常规的退相干理论。
2021-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity cooling of a levitated nanosphere by coherent scattering
我们报告三维冷却的悬浮纳米粒子内的光学腔。冷却机制由光镊的腔增强相干散射提供。所观察到的3D动力学和冷却速率是理论上预期的粒子运动和腔场之间的相互作用中的线性和二次项的存在。通过实现纳米级控制的颗粒位置，我们优化的位置相关的耦合，并证明轴向冷却的两个数量级的背景压力高达$6\times10^{-2}$毫巴。我们还估计了一个显着的（$> 40$ dB）抑制激光相位噪声，因此残留加热，这是一个特定的功能的相干散射计划。所观察到的性能意味着，量子基态腔冷却悬浮纳米粒子可以实现低于$10^{-7}$毫巴的背景压力。
2019-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Fano-resonance boosted cascaded field enhancement in a plasmonic nanoparticle-in-cavity nanoantenna array and its SERS application
级联光场增强（CFE）可以在一些特殊设计的多尺度等离子体纳米结构中实现，其中在纳米尺度体积下产生极强的场对于许多应用至关重要，例如表面增强拉曼光谱（SERS）。在这里，我们提出了一种实现高质量等离子体纳米粒子腔（PIC）纳米天线阵列，其中纳米粒子暗模式与高阶纳米腔亮模式之间的强耦合可以在目标波长处产生法诺共振的策略。Fano共振可以有效地增强PIC中的CFE，场增强因子高达5 × 10 ^2。利用室温纳米压印光刻技术，开发了一种高性价比、高可靠性的纳米加工方法，用于制作高质量的PIC阵列。这种技术保证在每个纳米腔的底部仅产生一个金纳米颗粒，这对于产生预期的CFE至关重要。作为PIC阵列性能和应用的演示，它被用作活性SERS基底检测4-氨基苯硫酚分子。实验上获得了高达2 × 10 ~ 7的SERS增强因子，验证了该器件的场增强和潜力。
2015-02-03 physics.optics
Ground-state cooling of a micromechanical oscillator: generalized framework for cold damping and cavity-assisted cooling schemes
我们提供了一个一般的框架来描述通过与驱动光腔的辐射-压力耦合将微机械振荡器冷却到其量子基态。我们将其应用到两个实验实现的计划，通过失谐腔和冷阻尼量子反馈冷却的反作用冷却，我们确定了这两个计划的最终量子极限的稳定腔的整个参数范围。虽然两者都允许达到振荡器的量子基态，我们发现，反作用冷却是更有效的良好的腔限制，即当腔带宽小于机械频率，而冷阻尼是更适合坏的腔限制。以前的治疗结果恢复为特定参数制度的限制情况下。
2009-07-12 cond-mat.mes-hall gr-qc physics.optics
Optimal Feedback Cooling of a Charged Levitated Nanoparticle with Adaptive Control
我们使用一个最佳的控制协议，以冷却一种模式的质量质心运动的光悬浮纳米粒子。反馈技术依赖于用一对电极对带电粒子施加库仑力，并遵循线性二次调节器的控制律，其增益通过机器学习算法在5 s内优化。通过比光学反馈方案更简单和更鲁棒的设置，我们在$3\times 10^{-7}$ mbar下实现了5 mK的最小质心温度和比冷阻尼快10至600倍的瞬态。这种冷却技术可以很容易地扩展到3D冷却，特别适用于要求高重复率的研究和悬浮物体的力传感实验。
2019-03-07 physics.ins-det physics.optics
Cavity cooling of a nanomechanical resonator by light scattering
提出了一种亚波长尺寸纳米机械谐振腔的光机冷却新方法。我们的方案使用了一个高精细度的法布里-珀罗腔的小模式体积，其中的纳米谐振器是作为一个位置依赖的扰动散射。反过来，由腔引起的反作用会影响纳米谐振器的动力学，并可以冷却其波动。我们调查这种腔冷却散射的纳米棒结构，并预测基态冷却是触手可及的。
2008-03-10 physics.optics
Momentum-resolved surface enhanced Raman scattering from a nanowire-nanoparticle junction cavity
在这里，我们报告的实验证据，定向SERS分子位于一个单一的纳米粒子结腔。发射被限制在垂直于腔轴的一个很窄的波矢范围内。除此之外，分子激发多个导模的纳米线，使用泄漏辐射傅立叶显微镜成像。我们进一步表征作为输出偏振的函数的发射波矢量。线的激发导模显示出有趣的偏振特征。所有的结果都证实了基于有限元方法的数值模拟。本质上，我们提供了一个重要的连接间隙腔增强拉曼散射和它的方向性的发射。这些结果可能与理解纳米级的腔电动力学和一维和零维等离子体纳米结构之间极小间隙的分子耦合有关。
2020-09-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
Luminescent nanoparticles in a shrinking spherical cavity -- probing the evaporating microdroplets of colloidal suspension -- optical lattices and structural transitions
我们研究了使用带电发光纳米粒子作为纳米探针的可能性，用于研究缓慢蒸发的自由（光吸收）悬浮液微滴的表面和内部结构的演变方案。使用三种浓度（1、10和50 mg/ml）的发光纳米颗粒。将单个微滴保持在线性电动四极阱中，并用CW IR激光以~50 W/mm 2的辐照度激发发光。由于微滴充当光学球形谐振腔，纳米颗粒与光的相互作用既反射又改变了内部光场模式结构。取决于所使用的纳米颗粒浓度，其尤其导致在发光和散射中观察到的调制深度的非常显著的增加和球形腔共振最大值（形态依赖性共振-MDR）的变窄、发光和散射之间的比率的突然变化以及发光信号的双稳定性。所观察到的现象可以归因于光学MDR与纳米颗粒晶格壳的相互作用，形成并改变其在微滴表面的结构。通过这种方式，可以检测到这种晶格的形成和坍塌。
2022-11-28 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.optics
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
Optical bistability and cooling of a mechanical oscillator induced by radiation pressure in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机械腔谐振器中平均腔内光场所表现出的非线性行为和机械振子的基态冷却效应的影响。光学双稳可以通过调节单个驱动激光器的频率和功率以及改变原子腔中的原子-腔耦合强度来控制。在良好和不良腔限制下对机械振荡器的冷却的研究表明，即使在室温下，与通用的光学机械设置相比，混合系统在冷却方面也更有效。从本质上讲，我们的工作着重于与原子腔的耦合对光机械腔中辐射压力效应的影响。
2015-03-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Suppressed-scattering windows for radiative cooling applications
共振纳米粒子对光的光的散射是提高日光辐射制冷中太阳反射率的关键过程。在这里，我们研究了材料分散对用于辐射冷却应用的流行纳米颗粒的散射性能的影响。我们发现，由于材料分散，纳米粒子在可见光频率下具有定性相似的响应，在红外频率下表现出根本不同的散射特性。据发现，分散的纳米粒子表现出抑制散射窗口，允许选择性的热发射内的高反射率的样品。抑制散射窗口的存在仅取决于材料色散，并且即使在随机复合材料和周期性超颖表面中，它们也被钉扎到相同的波长。最后，我们调查硅酸钙水合物（CSH），混凝土的主要阶段，作为分散主机的一个例子，说明纳米粒子和主机的协同设计允许调整的抑制散射窗口。我们的研究结果表明，控制纳米孔隙率将使混凝土与日光被动辐射冷却能力。
2022-09-23 physics.app-ph physics.optics
Mie Resonance Enhancement of Laser Cooling in Rare-Earth Doped Materials
固体激光冷却因其广泛的应用范围而备受关注，从机载和空间应用的厘米级全光学制冷机到生物和介观物理的纳米粒子冷却。纳米颗粒的激光冷却是一项具有挑战性的任务。我们提出利用米氏共振增强反斯托克斯荧光激光冷却在稀土（RE）掺杂的纳米颗粒制成的低声子玻璃或晶体。作为一个例子，我们考虑在1030 nm的Yb 3+吸收光谱的长波长尾部泵浦的Yb 3+：YAG纳米球。我们表明，如果纳米球的半径被调整到泵浦波长，以这样的方式，泵浦激发它的米氏共振模式的一些，在样品中产生的冷却功率密度是相当大的增强和样品的温度因此是相当大的（~ 63%）降低。这一概念可以扩展到不同形状的纳米颗粒，并由不同的低声子RE掺杂材料制成，适合于通过反斯托克斯荧光进行激光冷却。
2021-02-25 physics.app-ph 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
Ground state cooling of micromechanical oscillators in the unresolved sideband regime induced by a quantum well
微机械振荡器的基态冷却是腔光力学中观察量子力学效应的一个典型目标。从理论上研究了光机械腔中存在量子阱时机械振子的基态冷却。由于在量子阱存在下的模式剪裁，腔响应得到修改，并导致不对称的加热和冷却过程。这有利于冷却的机械振荡器，即使在未解决的边带制度，通过抑制斯托克斯散射。
2016-03-12 cond-mat.mes-hall 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
Phase-adaptive cooling of fringe-trapped nanoparticles at room temperature in hollow-core photonic crystal fiber
提出通过按轴向动量调制反向传播基模相对相位的相位自适应反馈冷却方法，在空芯光子晶体光纤中实现室温纳米粒子低至58.6 K的质心冷却。
2025-07-23 physics.optics
Hybrid Photonic-Plasmonic Cavities based on the Nanoparticle-on-a-Mirror Configuration
混合光子-等离子体腔已经作为一种新的平台出现，以增加光-物质相互作用，能够以单独的光子或等离子体腔无法实现的单一方式增强Purcell因子。在迄今为止提出的主要由金属蝴蝶结天线组成的混合腔中，由光刻以可重复的方式限定的等离子体间隙尺寸被限制为最小值\approx 10 nm。镜面上纳米粒子（NPoM）腔在实现最小可能模式体积方面要优越得多，因为可以产生小于1 nm的间隙。在这里，我们设计了一个混合腔，它结合了NPoM等离子体腔和介电纳米束光子晶体腔在横磁（TM）偏振操作。金属纳米颗粒可以放置在非常靠近（< 1 nm）介电腔的上表面，其充当低反射率镜。我们通过数值计算证明，这种混合等离子体-光子腔结构具有高于10^{3}的品质因数Q和低至10^{ \num{-3} }的归一化模体积V，从而导致高的Purcell因子（FP \approx 10 ^5），同时利用当前技术在实验上是可行的。我们的研究结果表明，具有亚纳米间隙的混合腔应该为增强纳米光子系统中的光-物质相互作用开辟新的途径。
2021-06-03 physics.optics
Towards cavity-free ground state cooling of an acoustic-frequency silicon nitride membrane
我们演示了反馈冷却的毫米级，40 kHz的SiN膜从室温到5 mK（3000声子）使用迈克耳孙干涉仪，并讨论了没有光学腔的基态冷却的挑战。这一进展似乎在当前膜技术的范围内，将其定位为量子传感和基本弱力测量的悬浮系统的令人信服的替代品。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ground-state cooling of a massive mechanical oscillator by feedback in cavity magnomechanics
将大质量力学振子的运动冷却到它的量子基态对于观察力学系统中的宏观量子效应起着至关重要的作用。在这里，我们提出了一个基于测量的反馈冷却协议，在腔磁力学，是能够冷却到其基态的宏观铁磁体的机械振动模式。机械模式通过色散磁致伸缩相互作用耦合到磁振子模式，并且后者进一步通过磁偶极子相互作用耦合到微波腔模式。通过测量微波腔输出场的幅度并将与输出场的幅度波动成比例的力施加到机械振荡器上来引入反馈回路。我们表明，通过适当地设计反馈增益，机械阻尼率可以显着提高，而机械频率不受影响。因此，振动模式可以在低温下在未分辨边带区域中冷却到其量子基态。该协议是专为使用铁磁材料，具有强磁致伸缩以及大的磁振子耗散腔磁力系统。
2022-12-18 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
