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
Ultra-high-Q nanobeam cavity design in Diamond
提出了一种新颖的三角形截面纳米梁设计。这种设计使得实现具有改进的光学特性的纳米腔成为可能。通过三维时域有限差分法（FDTD）计算，研究了金刚石腔体的品质因数Q和模体积Vm与腔体几何参数空间的关系。我们预测了一个超高Q腔，Q值为\aprox 2.51 \times 10 ^6，Vm=1.06 \times（λ/n）^3。模式优先辐射是向上的。讨论了潜在应用的影响。所提出的纳米梁使得腔体的制造能够不依赖于先前大多数方法中所需的预先存在的独立金刚石膜。
2010-12-25 physics.optics
Evidence for structural damping in a high-stress silicon nitride nanobeam and its implications for quantum optomechanics
我们解决了热运动的高应力氮化硅纳米梁的频率远低于其基本的弯曲共振（3.4 MHz），使用腔增强光学干涉。二十多年来，位移谱很好地模拟了由$1/f$热力驱动的阻尼谐振子，这表明梁材料的损耗角与频率无关。在3.4 MHz处推断的损耗角$ϕ= 4.5\cdot 10^{-6}$与基本波束模式（$ϕ= Q^{-1}$）的品质因数（$Q$）很好地一致。结合$Q$测量高阶弯曲模式，并占应力引起的损耗稀释的模式依赖性，我们发现，固有的（未稀释）的光束的损耗角的变化小于2的一个因素之间的50 kHz和50 MHz。我们讨论了这种“结构阻尼”在量子光学力学实验中的影响，在该实验中，作用在耦合到光学腔的机械振荡器上的热力被辐射压力散粒噪声淹没。作为一个例子，我们表明，结构阻尼降低有质动力压缩的带宽。
2017-06-12 physics.optics quant-ph
Strong optomechanical coupling in a slotted photonic crystal nanobeam cavity with an ultrahigh quality factor-to-mode volume ratio
我们描述了一个一维硅光子晶体腔的设计，制造和表征，在该腔中，中心槽用于增强高度局部化的光学和机械模式之间的重叠。光学模式具有0.017 $(λ_{vac}/n)^3$的极小模式体积，并且测量到310 kHz的光机械真空耦合率。随着光学品质因数高达$1.2 \cdot 10^5$，制造的设备是在解析边带制度。电场在槽壁处具有其最大值，并且耦合到槽的面内呼吸运动。因此，光机耦合主要由移动边界效应，我们模拟为6倍以上的光弹性效应，在大多数结构，其中的光弹性效应往往是主要的耦合机制。
2016-06-08 physics.optics
Slot-mode-coupled optomechanical crystals
我们提出了一种腔光学机械系统的设计方法和分析，在该系统中，纳米梁谐振器的局部GHz频率机械模式与单独的纳米梁光学腔的高品质因数（Q>10^6）光学模式倏逝耦合。使用单独的纳米梁提供了灵活性，使系统的光学和机械的独立设计和优化成为可能。此外，小间隙（约。25 nm）引起了槽模效应，其使得能够实现大的零点光机械耦合强度，其中在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi> 300 kHz，并且在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi约为300 kHz。在1550 nm处，在Si系统中为900 kHz。在SiN中可以实现与GHz机械振荡器的大耦合强度的事实是重要的，因为这种材料具有宽的光学透明窗口，这允许在整个可见光和近红外范围内操作。作为该平台的应用，我们考虑1300 nm和980 nm之间的宽带光频率转换，使用两个光学纳米束腔耦合在机械纳米束谐振器的呼吸模式的两侧。
2012-07-20 physics.optics
Si$_3$N$_4$ nanobeam optomechanical crystals
综述了Si $_3$ N $_4$纳米束光机械晶体的研究进展。这些结构由350 nm厚、700 nm宽的双钳位Si $_3$ N $_4$纳米梁组成，该纳米梁被周期性地图案化有引入缺陷区域的空气孔阵列。周期性图案化同时产生用于980 nm波段光子的光子带隙和用于4 GHz声子的声子带隙，其中缺陷区域用于将光学和机械模式共定位在它们各自的带隙内。这些光学和机械模式以耦合率$g_{0}/2π\approx$ 100 kHz色散地相互作用，其描述了由于机械模式的零点运动而引起的腔模式光学频率的偏移。通过与机械模式的相互作用产生的光学边带位于光学腔线宽之外，使得该系统能够在需要边带分辨操作的应用中使用。随着审查的基本设备的设计，制造和测量程序，我们提出了新的结果，改善光学品质因数（高达$4\times10^5$），通过优化光刻，HF酸表面处理后的设备的测量，和温度依赖的测量机械阻尼之间的6~K和300~K。测量高达$\approx2.6\times10^{13}$ Hz的频率-机械品质因数乘积$\left(f{\times}Q_m\right)$。
2014-12-04 physics.optics
Master-Slave synchronization of silicon optomechanical nanobeam oscillators by external feedback
本研究通过外部光反馈级实现两个自持光力学晶体振荡器的主从同步，证实同步源于自然动力学抑制而非共振强迫，结果与数值模型预测一致，为光子集成电路的远程时钟同步提供了基础。
2023-09-29 physics.app-ph physics.optics
Deterministic design of wavelength scale, ultra-high Q photonic crystal nanobeam cavities
光子晶体纳米束腔是光通信，光学力学，光流体学，腔QED等多功能平台的兴趣在以前的工作\cite{quan10}，我们提出了一种确定性的方法来实现可编程\emph{Q}腔。这一后续工作提供了系统的分析和确定性的设计配方的验证，并进一步扩展到空气模式腔的讨论。我们演示了$Q>10^9$的介电模和空气模腔的设计，以及高\emph{Q}（$>10^7$）和高谐振传输（$T>95%$）的腔。
2011-08-12 physics.optics quant-ph
Optomechanically induced transparency and cooling in thermally stable diamond microcavities
金刚石腔光机械器件为基于光子、声子和自旋之间的相干耦合的量子技术带来了巨大的希望。这些器件受益于金刚石的特殊物理特性，包括其低机械耗散和光吸收。然而，这些设备的纳米尺度和机械隔离可以使它们容易受到热光不稳定性时，在高腔内场强度需要实现相干光子-声子耦合操作。在这项工作中，我们克服了这些影响，通过工程设备的几何形状，使操作与大光子数在以前的热不稳定制度的红色失谐。我们证明了光机械诱导透明与合作系数> 1和正常模式冷却从300 K到60 K，并预测这些设备将使相干光机械操纵的钻石自旋系统。
2017-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-crystal diamond low-dissipation cavity optomechanics
单晶金刚石腔光学机械设备是混合量子系统的一个很有前途的例子：通过将机械共振耦合到光和电子自旋，它们可以使光子控制固态量子比特的新方法成为可能。然而，从高质量的金刚石芯片实现腔光学机械器件一直是一个突出的挑战。在这里，我们展示了单晶金刚石腔光学机械设备，可以使光子-声子-自旋耦合。观察到腔光机械耦合到$2\,\text{GHz}$频率（$f_\text{m}$）机械共振。在室温环境条件下，这些共振具有低耗散（机械品质因数，$Q_\text{m} > 9000$）和高频率的记录组合，其中$Q_\text{m}\cdot f_\text{m} \sim 1.9\times10^{13}$足以实现室温单声子相干。该系统在红外和可见光波长处具有高的光学品质因数（$Q_\text{o} > 10^4$）共振，几乎是边带分辨的，并且具有光机械协同性$C\sim 3$。通过辐射压力激发的机械自振荡，其31 pm的振幅被预测为提供0.6 MHz的耦合率到金刚石氮空位中心基态跃迁（6 Hz /声子），和$\sim10^5$更强的耦合率到激发态跃迁的金刚石电子自旋的设备的光机械控制的潜力被证明。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exceptional points in diamond optomechanics
Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）；Department of Physics, University of Alberta（阿尔伯塔大学物理系）；National Research Council of Canada, Quantum and Nanotechnology Research Centre（加拿大国家研究委员会量子与纳米技术研究中心）；nanoFAB Centre, University of Alberta（阿尔伯塔大学纳米制造中心）
通过结构对称性破缺实现金刚石光机械晶体中的奇异点，观察混合模之间的光机械阻尼与反阻尼不对称重分布。
2026-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fabrication of Triangular Nanobeam Waveguide Networks in Bulk diamond Using Single-Crystal Silicon Hard Masks
提出了一种利用体样品的三角形刻蚀在单晶金刚石中实现集成光子网络的可扩展方法。我们描述了具有低模体积（Vm=1.062x（λ/n）^3）的高品质因数（Q= 2.51 × 10^6）光子晶体腔的设计，这些腔通过由悬挂结构支撑的波导连接，预计传输损耗仅为0.05 dB。我们证明了这些结构的制造，使用转移单晶硅硬掩模和角干法蚀刻，产生光子晶体腔在可见光谱与测量的品质因数超过Q= 3 × 103。
2014-11-13 physics.optics
Electrostatically tunable optomechanical "zipper" cavity laser
利用双钳位光子晶体纳米梁构成了一个可调谐的纳米“拉链”激光腔。脉冲，室温下，光泵激光作用在1.3微米的波长观察腔中形成的薄膜含有InAsP/GaInAsP量子阱。金属电极被沉积在纳米梁的端部上以允许微机电致动。实验表明，静电调谐和调制激光波长的速率分别为0.25nm/V^2和频率高达6.7MHz。
2010-06-28 physics.optics
Kerr-optomechanical spectroscopy of multimode diamond resonators
本研究对金刚石微盘进行宽带光机械光谱分析，观察到频率高达10 GHz的高品质因子机械模式，并通过Fano干涉估计其光机械耦合超过10 kHz，结合高每声子应力，表明其适用于高频多模光机械和自旋-光机械耦合。
2023-06-17 physics.optics quant-ph
Deep Learning-Optimized, Fabrication Error-Tolerant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Scalable On-Chip Diamond Quantum Systems
本文提出基于卷积神经网络的深度学习优化方法，用于设计容制造误差的金刚石光子晶体纳米束腔，在保持高品质因子的同时提升色心耦合效率，推动可扩展片上金刚石量子系统的高良率制造。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Free-standing silicon nitride nanobeams with efficient fiber-chip interface for cavity QED
我们提出了高品质因数氮化硅纳米梁光子晶体腔的设计，制造和表征在可见光波长耦合到金刚石色心的腔QED系统。我们展示了器件的品质因数约为24;000周围的锗空位中心的零声子线。我们还提出了一个有效的光纤到波导耦合平台悬浮纳米光子学。通过轻轻地改变相应的有效折射率在光纤波导接口，我们实现了约96%的效率在腔谐振。
2020-06-24 physics.app-ph physics.optics
Nanomechanical Design Strategy for Single-Mode Optomechanical Measurement
机械谐振器的运动本质上分解为振动的正常模式的集合。当谐振器用作传感器时，其多模性质通常会劣化或限制其性能和灵敏度。这种挑战在最先进的光机械传感平台中经常遇到。我们提出了一种机械设计策略，确保光学机械测量可以检索信息的一个单一的机械自由度，并实现它在切片光子晶体纳米梁谐振器。一个频谱设计方法是用来使机械对称性对实际混乱的鲁棒性。该方法的有效性进行评估，通过推导出连续和脉冲测量应用场景的相关品质因数。该方法可用于任何机械设计，提出不需要的寄生机械模式。在纳米束平台中，我们实验显示了四个数量级的增加的信噪比的模式的兴趣超过第一寄生模式。
2022-02-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
Slot-Mode Optomechanical Crystals: A Versatile Platform for Multimode Optomechanics
我们展示了槽模光机械晶体，一类设备中，光子和声子晶体纳米梁谐振器分开一个狭窄的槽耦合通过光机械相互作用。在这些几何结构中，纳米束对被图案化，使得机械呼吸模式被限制在一个束的中心，并且高品质因数（Qo>10^5）光学模式被限制在束之间的槽中。在这里，我们在化学计量的Si3N4平台中生产槽模器件，其光学模式在980 nm波段，耦合到3.4 GHz，1.8 GHz和400 MHz的呼吸机械模式。我们利用高Si3N4的拉伸应力，以实现槽宽度下降到24 nm，这导致增强的光机耦合，足以观察在所有研究的频率的光机自振荡。我们利用槽模式的概念，开发多模光学机械系统与三光束的几何形状，其中两个光学模式耦合到一个单一的机械模式，和两个机械模式耦合到一个单一的光学模式。这一概念允许在设计多模芯片级光机系统时具有很大的灵活性，该系统在很宽的机械频率范围内具有大的光机耦合。
2015-08-24 physics.optics
Diamond optomechanical crystals
在单晶金刚石中实现的腔光学机械系统将受益于其非凡的材料特性，包括低机械耗散和宽的光学透明窗口。金刚石还富含光学活性缺陷，例如氮空位（NV）和硅空位（SiV）中心，它们在固态下表现为类原子系统。NV电子自旋通过晶格应变与声子的相干耦合的预测和观测已经激发了旨在实现混合量子系统的金刚石纳米机械装置的发展，其中声子提供与金刚石自旋的界面。在这项工作中，我们展示了金刚石光机械晶体（OMC），一个设备平台，使这样的应用，其中的共定位的~ 200太赫兹光子和几个到10 GHz的声子在准周期性金刚石纳米结构导致耦合的光学腔场通过辐射压力的机械模式。与其他材料系统相比，金刚石OMC在分辨边带机制下工作，具有大的腔内光子容量（> 10 $^5$）和足够的光机械耦合率，在室温下达到~ 20的协同系数，允许观察光机械诱导的透明性和实现大振幅光机械自振荡。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced photon-phonon coupling via dimerization in one-dimensional optomechanical crystals
我们表明，二聚化的光机械晶格，这导致折叠的能带图，可以耦合弯曲的机械模式，通过辐射压力的单位细胞内的光场。与目前实现的晶体相比，光子和声子之间的耦合有了很大的改善。为了实验验证，我们在硅光机械纳米梁腔中实现了二聚晶格，并测量了$g_0/2π=1.7MHz$在$λ_{c} = 1545nm$处的光学共振和在1.14 GHz处的机械共振之间的真空耦合率。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Diamond optomechanical crystals with embedded nitrogen-vacancy centers
混合量子器件，其中不同的量子元件组合以实现增强的功能，近年来由于其解决量子信息处理、通信和控制中的关键问题的令人兴奋的潜力而受到广泛关注。具体地，在混合机械装置领域中已经取得了显著进展，其中量子位耦合到机械振荡器。超导量子比特已经证明了这种设备中的强耦合，并且通过晶体应变将缺陷量子比特耦合到机械元件已经实现了量子比特测量和控制的新方法。在本文中，我们展示了嵌入氮空位（NV）中心的金刚石光机械晶体的制造，实现量子制度与缺陷量子比特混合机械设备的初步步骤。我们测量了金刚石光机晶体的光学和机械共振以及单个嵌入NV中心的自旋相干性。我们发现，自旋有很长的相干时间$T_2^* = 1.5 μs$和$T_2 = 72 μs$，尽管其接近纳米表面。最后，我们讨论了这些设备的潜在改进和未来的实验在量子制度的前景。
2018-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Low mode volume slotted photonic crystal single nanobeam cavity
我们提出并实验证明了一个开槽的光子晶体单纳米梁腔在硅。槽的几何形状被用来实现超小的有效模体积，~0.025（λ/n）^3，比传统的纳米梁腔小一个数量级以上。一个连续的槽和锥形光子晶体的设计实现了实验品质因数接近10^4。这种器件结构为实现增强的光-物质相互作用提供了一个独特的平台，并可用于各种应用，包括非线性光学，腔量子电动力学，传感，光学调制和纳米光学机械。
2012-06-29 physics.optics
Semiconductor-on-diamond cavities for spin optomechanics
针对金刚石悬浮器件加工难和易发热问题，提出无需底部掏空的半导体-金刚石平台，设计出兼具高耦合与低耗散的光力学晶体腔，实现了与金刚石自旋量子比特的光力学耦合，为量子信息处理器件提供了新途径。
2023-02-09 physics.optics quant-ph
Optomechanical Detection of Light with Orbital Angular Momentum
我们提出了一种光学机械装置设计，允许光的轨道角动量的光学转换。使用基于纳米束狭缝模式光子晶体腔的集成腔光学机械系统来检测由光赋予器件的光学诱导扭曲。该装置可以允许当光子被机械元件吸收时测量光的轨道角动量，或者当光子被图案化在装置上的亚波长光栅散射成新的轨道角动量状态时检测光子的存在。这样的系统允许检测具有在装置的机械共振频率下调制的$3.9\times10^3$光子的平均功率的$l = 1$轨道角动量场，并且可以扩展到更高阶的轨道角动量状态。
2019-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optimization of diamond optomechanical crystal cavities
由于高质量单晶金刚石的生长和加工技术的最新发展，金刚石光学机械晶体腔的大规模生产变得可行，使得光学机械装置能够在更高的机械频率下操作并耦合到基于金刚石色心的两级系统。在本文中，我们描述了一种设计优化方法，以生产金刚石光机械晶体（OMC）腔在高合作制度（接近1）在室温下。
2022-07-03 physics.optics
Diamond optomechanical crystals for high-frequency strain and comb generation
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；University of Calgary（卡尔加里大学）
本研究开发了金刚石光力晶体腔，实现了约12 GHz的高频机械共振与143 GHz光频梳，其动态应变达1.1×10⁻³，可用于金刚石自旋量子比特的光力控制。
2026-08-31 physics.optics quant-ph
Integrated Sideband-Resolved SERS with a Dimer on a Nanobeam Hybrid
与腔光学力学类似，用窄带光学谐振器增强拉曼过程的特定边带将允许参数放大、光和分子振动的纠缠以及降低的转导噪声。我们报告的演示波导寻址边带分辨表面增强拉曼散射（SERS）。我们实现了一个由一维光子晶体腔和一个亚20 nm的带隙二聚体纳米天线组成的等离子体-光子混合谐振腔。近红外中的混合共振为设计者提供了1000的Q因子和$Q/V=(λ^3/10^6)^{-1}$，SERS信号强度与最先进的纯等离子体系统中的水平相当。我们证明了Fano线型在有机分子的SERS增强中的作用，并定量地分离出泵浦增强和光库的贡献。
2022-12-15 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
Air mode silicon nitride photonic crystals and their application to nonlinear quantum optomechanical sensing
纳米尺度光子晶体腔光学机械装置使得能够以足以观察量子效应的灵敏度检测纳米机械现象。在这里，我们提出了一个一维的空气模式的光子晶体腔图案化的氮化硅纳米梁的设计，并表明它形成的基础上，腔光学机械分裂光束和桨式纳米腔器件的力检测和非线性量子传感。该器件的空气模式对于光机械耦合是有利的，同时也具有较高的光学品质因数$Q_o\sim 10^6$，尽管其接近于光线并且氮化硅的折射率相对较低。由该器件实现的桨状纳米腔具有二次耦合系数$g^{(2)}/2π$ ~=~10~MHz/nm $^{2}$，并在量子光力学实验的背景下分析了它们的性能。
2019-05-08 physics.optics quant-ph
Optomechanical zipper cavity lasers: theoretical analysis of tuning range and stability
提出了一种波长可调谐的半导体激光器结构设计。该系统是基于一个一维的光子晶体腔组成的两个图案化的，双钳位纳米梁，也被称为“拉链”腔。拉链腔相对于纳米梁之间的间隙是高度分散的，其中存在极强的辐射压力。提出了用光学和电学方法控制拉链腔波长的方案。调谐范围高达75纳米的标称设计波长为1.3微米。考虑了机械柔顺激光器结构对热噪声的敏感性，发现以光学或电弹簧形式的辐射压力的动态反作用可用于稳定激光器频率。在GaAs材料中嵌入自组装InAs量子点，制备了拉链腔激光器结构，并测量了拉链腔模式的光致发光谱。
2009-12-22 physics.optics
High-Q optomechanical circuits made from polished nanocrystalline diamond thin films
我们展示了由纳米金刚石薄膜制备的具有高机械品质因数的集成光机械电路。使用化学机械抛光，生长的多晶金刚石膜的RMS表面粗糙度降低到3 nm以下，以允许制造高质量的纳米光子电路。通过将独立的纳米机械谐振器集成到集成光学器件中，利用片上马赫-曾德尔干涉仪实现了金刚石谐振器的热机械运动的有效读出。机械品质因数高达28,800的四重钳位光机械谐振器耦合到纳米光子波导的倏逝近场测量。我们的平台为片上计量和传感应用的光机电路大规模集成提供了希望。
2014-03-22 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
Strain coupling of a single exciton to a nano-optomechanical resonator
本研究实现了由应变介导的半导体量子点与光机械腔的耦合，测得真空应变耦合速率约214 kHz，为利用声子耦合片上量子系统提供了重要进展。
2024-07-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Diamond as a material for monolithically integrated optical and optomechanical devices
金刚石提供了优越的光学和机械材料性能，使其成为实现集成光机械电路的主要候选材料。由于金刚石衬底在尺寸上已经成熟，因此可以使用有效的纳米结构化方法来实现全尺寸集成器件。在这里，我们审查光学和机械谐振器制造的多晶以及单晶金刚石。我们提出了相关的材料性能方面实施光学机械设备，并将它们与其他材料系统进行比较。我们给出了金刚石集成光机械电路的概述，并提出了光学读出机制和通过光学或静电力，迄今已实施的驱动。通过将金刚石纳米光子电路与超导纳米线相结合，可以在这样的芯片上有效地检测单光子，我们概述了未来的单光子光机电路可以在这个平台上实现。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Diamond electro-optomechanical resonators integrated in nanophotonic circuits
金刚石集成光子器件在纳米光子学和量子光学领域有着广阔的应用前景。在这里，我们展示了金刚石纳米光子电路的主动调制，利用独立的金刚石电光机械谐振器的机械自由度。我们获得高达9600的高品质因数，使我们能够读出驱动的纳米机械响应与集成的光学干涉仪具有高灵敏度。我们能够激发更高阶的机械模式高达115 MHz，并在环境条件下观察纳米力学响应。
2014-10-28 physics.optics
Nonlinear frequency conversion using high quality modes in GaAs nanobeam cavities
我们展示了（111）-GaAs中纳米束光子晶体腔的设计、制造和表征，该腔具有多个高品质因数模式，具有大的频率间隔（在实验中高达740 nm，即，1.5倍，理论上高达八度）。这种结构对于非线性频率转换的有效实现是至关重要的。在这里，我们使用它们来演示从1300 nm和1950 nm到780 nm的和频产生。这些波长对于金刚石中的Si空位中心和光纤网络之间的量子频率转换特别感兴趣。
2014-07-05 physics.optics
High Q-factor diamond optomechanical resonators with silicon vacancy centers at millikelvin temperatures
本文在毫开尔文温度下实现了金刚石光机械晶体中 6 GHz 声学模式线宽 13 kHz（Q 值约 44 万）的纪录，并研究了硅空位中心的光学与自旋特性，为构建相干自旋-声子界面奠定基础。
2023-10-28 physics.optics quant-ph
Optomechanically amplified wavelength conversion in diamond microcavities
不同颜色光之间的高效、低噪声转换是连接具有不同工作波长的量子光学技术的必要工具。光机械介导的波长转换和放大是实现这一技术的一种潜在方法，并在这里证明了由单晶金刚石制造的微盘-一种可以容纳各种量子发射器的材料。频率上转换被证明与$\sim$ 45%的内转换效率使用窄和宽带探测场，和光机械频率转换与放大被证明在光学制度的第一次。
2019-12-12 physics.optics
Deterministic coupling of delta-doped NV centers to a nanobeam photonic crystal cavity
金刚石中带负电荷的氮空位中心（NV）作为固态量子信息处理和传感的平台引起了人们极大的兴趣。对于大多数应用，需要高质量的光学腔来增强NV零声子线（ZPL）发射。最大化NV-腔耦合程度的一个突出挑战是在腔内确定性地放置NV。在这里，我们报告的光子晶体纳米梁腔耦合到通过三角掺杂技术，允许纳米级的垂直定位的发射器的NV纳入。我们证明了腔Q高达~24,000和模式体积V ~ $0.47(λ/n)^{3}$以及共振增强的零PL的NV合奏与珀塞尔因子为~20。我们的制造技术提供了第一步确定性NV腔耦合使用空间控制的发射器。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable amplification and cooling of a diamond resonator with a microscope
控制机械谐振器的动力学是许多量子科学和计量学应用的核心。金刚石谐振器的光机械控制是有吸引力的，由于金刚石的优良的物理性质和它的主机的能力，可以相干耦合到机械运动的电子自旋。利用共聚焦显微镜，我们展示了金刚石纳米机械谐振器运动的可调谐放大和阻尼。通过波导光机械读出观察到简正模从室温冷却到80 K，以及光功率的$60\,μ\text{W}$放大成自振荡。该系统是有前途的量子自旋光学力学，因为它被预测，使光学控制的应力-自旋耦合率为$\sim$ 1 MHz（100太赫兹）的钻石氮空位中心的基态（激发）。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Large-amplitude diamond optomechanics by traversing a nonlinear attractor
Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）
本文通过利用钻石光学机械腔的双稳相空间，实现了机械谐振子振幅的近十倍提升，展示了非线性吸引子工程在大振幅相干声子生成中的应用潜力。
2026-03-19 physics.optics
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
Design of tunable GHz-frequency optomechanical crystal resonators
我们提出了一种硅光机械纳米梁设计与动态可调的声学模式在10.2 GHz。利用片内电容，谐振频率可偏移90 kHz/V^2，片内电容经过优化，可在10 V工作电压下施加高达1 $μ$ N的力。光学谐振频率约190太赫兹，Q因子高达$2.2 \times 10^6$，将结构置于良好分辨的边带区域，真空光机耦合率高达$g_0/2π= 353$ kHz。例如，调谐可用于克服由于制造误差而导致的设备到设备声学谐振频率的变化，为由光机腔阵列组成的光机电路铺平道路。
2016-03-17 physics.optics
Efficient Photonic Integration of Diamond Color Centers and Thin-Film Lithium Niobate
本研究实现了含硅空位中心的金刚石纳米梁与薄膜铌酸锂波导的高效异质集成，传输效率超90%，光子计数提升10倍，为构建可扩展集成量子光子电路迈出关键一步。
2023-06-27 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Broadband Reconfiguration of OptoMechanical Filters
利用光学梯度力诱导的机械驱动实现了耦合光子晶体纳米梁腔的宽带重构。在宽波长范围内存在的振荡波导模式被用来驱动结构，并以这种方式控制局部腔模式的谐振。使用这种全光学方法，超过18线宽的调谐范围被证明。使用我们开发的片上温度自参考方法，我们确定总调谐的20%是由于光机重构，其余是由于热光效应。我们的结构的机械和光学共振的独立控制，通过光学硬化，也被证明。
2012-01-16 physics.optics
Thermal properties of nanocrystalline silicon nanobeams
在纳米尺度下控制热能传递在许多应用和热性质中已经变得至关重要，因为它常常限制器件性能。在这项工作中，我们研究的影响所产生的纳米级结构的独立的纳米晶硅薄膜和增加的表面体积比时，制造成悬浮的光机械纳米梁的热导率。我们表征了不同晶粒尺寸的结构中的热传输，并阐明了晶粒尺寸和几何尺寸对热导率的相对影响。我们使用微时域热反射法研究的晶粒尺寸分布的影响，从10到400 nm，在独立的纳米晶硅薄膜的热导率考虑表面声子和晶界散射。我们发现热导率急剧下降，下降到10 W.m^{-1}.K^{-1}或更低，这只是单晶硅电导率的一小部分。减小晶粒尺寸进一步降低导热率。我们还观察到，这种效果是较小的OM纳米结构比在膜由于在降低热导率的表面散射的竞争。最后，我们介绍了一种新的多功能非接触式表征技术，可以适应于任何结构支持的热位移光共振，并使用它来评估的热导率。这种方法可以用于与光学共振表现出不同的模式配置文件和数据示出同意定量与热反射测量。这项工作开辟了一条道路，以一个更普遍的热表征的光机械腔，并创建热点与工程形状在所需的位置在结构中作为一种手段，研究耦合光子-声子结构中的热输运。
2021-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Properties of Nanocrystalline Silicon Probed by Optomechanics
纳米晶体材料表现出的性质可能与其单晶对应物的性质有很大不同。因此，它们提供了增强和优化其设备和应用程序功能的方法。在这里，我们报告的光学，机械和热性能的纳米晶硅探测光机械纳米束的光吸收，机械损耗，热生成和耗散的动力学信息。光机械纳米梁是利用非晶硅层在不同温度下退火制备的纳米晶薄膜。所得的微晶尺寸和薄膜中的应力可以通过退火温度和时间来控制，因此，薄膜的性质可以相对自由地调节，如这里通过电子显微镜和拉曼散射所证明的。我们发现，纳米微晶尺寸和晶界的体积分数通过非线性光学和热过程中的耗散率发挥了关键作用。在950 ℃退火的纳米晶Si中实现的光机械腔中发现了有前途的光学（13000）和机械（1700）品质因数。增强的吸收和复合率通过间隙内的状态和降低的热导率提高了潜力，利用这些非线性效应的应用，包括NEMS，声子激光和基于混沌的设备。
2020-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Inverse-designed release-free optomechanical crystal with high photon-phonon coupling
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
研究旨在解决无释放光机械晶体耦合强度与热鲁棒性的权衡问题，通过结合物理引导直觉与多物理逆设计算法，设计出耦合率创纪录的无释放硅光机械晶体，强化了其作为光机械平台的地位。
2026-07-10 physics.optics quant-ph
Multimode optomechanics with a two-dimensional optomechanical crystal
本文设计并实验演示了一种二维机械-光学-机械平台，实现慢光波导与两个约7 GHz声子模式的色散耦合，展示高品质因子和动态背作用，为混合量子系统提供重要进展。
2023-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Integrated optomechanics and single-photon detection in diamond photonic integrated circuits
量子计算机和量子模拟器的发展有望为目前无法在经典计算机上解决的问题提供解决方案。找到这些技术的最佳物理实现是一个重要的研究课题，使用光学效应是实现这一目标的一条有前途的途径。理论上表明，光量子计算仅使用单光子源和探测器以及线性光路是可能的。这种量子光学电路的实验实现需要稳定、鲁棒和可扩展的架构。这可以通过光子集成电路（PIC）形式的光学器件的小型化来实现。因此，为此类太平洋岛屿国家开发合适的材料平台可能会对未来技术产生重大影响。金刚石是一种特别有吸引力的材料，因为它天然地提供了一系列光学活性缺陷，可以作为单光子源，量子存储器或传感器元件。除了其优异的光学特性之外，金刚石还具有非常高的杨氏模量，这对于光学机械是重要的，并且可以在制造之后用于PIC的潜在快速和低损耗调谐。在这项工作中，开发了用于未来量子光学电路的组件。这包括第一个金刚石光学机械元件，以及在金刚石材料平台上的第一个集成单光子探测器。实现了具有高品质因数的金刚石微机械谐振器，并证明了它们通过光梯度力和静电力的驱动。所研制的超导纳米线单光子探测器具有时间抖动小、探测效率高、噪声等效功率低等优点。此外，提出了一种新的可扩展的方法，从高品质的单晶金刚石PIC制造。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.ins-det
Modeling Dispersive Coupling and Losses of Localized Optical and Mechanical Modes in Optomechanical Crystals
周期性结构的材料可以承受由几何形状定制的光学和机械激发。在这里，我们分析了色散耦合平面光子和声子晶体的性质：光机械晶体。特别地，研究了准一维（图案化纳米梁）和准二维（图案化膜）几何结构中的共谐振光学和机械腔的性质。结果表明，在这些结构中的机械Q和光机械耦合可以变化许多数量级的几何形状的适度变化。一个直观的图片开发的基础上，扰动理论的材料边界的变化，使光学机械性能进行设计和优化。提出了几种设计，机械频率约为1-10 GHz，光学Q因子Qo > 10^7，运动质量meff 100毫微微克，光机耦合长度L0 M < 5微米，辐射限制的机械Q因子Qm > 10^7。
2009-07-31 physics.optics
Nonlinear radiation pressure dynamics in an optomechanical crystal
利用硅纳米梁光机械晶体，我们研究了吸引子图所产生的辐射压力之间的相互作用的局部光腔在$λ= 1552$ nm和$ω/2π= 3.72$ GHz的机械谐振。在$T \approx 10$ K的温度下，通过连续波光泵浦观察到机械运动的高度非线性驱动。引入一个时间相关的（调制）光泵是用来引导系统走向一个否则无法访问的动态稳定的吸引子，其中发生机械自振荡的光泵红失谐的腔共振。一个分析模型，将由于光吸收加热的热光效应的开发，并发现准确地预测测得的设备的行为。
2015-04-27 physics.optics
