Investigating and Controlling the Libration and Rotation Dynamics of Nanoparticles in an Optomechanical System
本文通过监测侧向散射光实时观察纳米粒子在光机械系统中的摆动-旋转转变，揭示其由各向异性极化正弦扭矩与吸收主导的恒定扭矩平衡驱动，实现弱扭矩传感和精确控制，助力量子效应研究。
2024-02-08 physics.optics
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
Optomechanical Self-Stability of Freestanding Photonic Metasurfaces
我们开发了一个分析框架，用于在三维空间中对独立超颖表面进行自稳定光学操作。我们的框架表明，具有挑战性的问题，稳定在三维的平移和旋转扰动减少到一个更简单的散射分析的超表面单元格在两个维度。我们推导出适用于任意三维径向超颖表面和径向光束强度分布的通用解析刚度系数。我们的框架的分析性质有利于高效地发现最佳的光学机械元表面。这种用于机械稳定的超颖表面的使用使得能够在准直但未聚焦的光束中进行宏观尺度和长距离控制，并且可以开辟超越传统光学镊子和传输的操纵的新途径。
2021-06-21 physics.optics
Optical and mechanical design of a "zipper" photonic crystal optomechanical cavity
设计了一种能够将机械能和光能集中在纳米尺度上的双箝位梁结构。光学设计是基于光子晶体的概念，其中纳米尺度横截面光束的图案化可以导致0.2立方波长（（λ_{c}）^[3]）的有效光学模式体积的强光学局部化。通过将两个相同的纳米梁放置在彼此的近场内，可以实现梁之间的差分运动的强光机耦合。目前设计的波长为1.5微米的薄膜氮化硅光束表明，这种结构可以同时实现7 × 10^6的光学Q因子、约40皮克的动质量m、约170 MHz的机械模式频率和有效长度L_{OM} ~ λ= 1.5微米的光机械耦合因子（g_{OM} =dω_{c}/dx = ω_{c}/ L_{OM}）。
2008-12-30 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
Single Photon Generation in a Cavity Optomechanical System induced by a Nonlinear Photonic Crystal
提出了一种在弱驱动非线性光子晶体混合腔光机系统中实现单光子封锁的新方案。即使当单光子光机械耦合强度小于光模衰减率时，也能实现亚泊松统计。该方案放宽了光机系统中光子封锁对强耦合的要求。结果表明，在通信波长处可以产生光子阻塞。
2017-06-08 physics.optics quant-ph
Slow thermo-optomechanical pulsations in suspended 1D photonic crystal nanocavities
研究了在氮化硅基片上制作的一维光子晶体纳米腔的非线性光学响应。强的热光非线性被证明为低至$2\,μ\text{W}$的输入功率和自持脉冲制度出现了几秒钟的周期性。随着输入功率和激光波长的变化，时间模式的周期，占空比和形状发生变化。这种动力学归因于热光效应和热光机械效应之间的多时间尺度竞争，并且与神经元活动的数学模型中发现的弛豫振荡状态非常相似。我们介绍了一个简化的模型，再现所有的实验观察，并允许我们解释它们在一个1D的关键流形，其中管理系统的缓慢演变的属性。
2020-09-06 physics.optics
Design of Optomechanical Cavities and Waveguides on a Simultaneous Bandgap Phononic-Photonic Crystal Slab
在本文中，我们研究和设计准二维光机械晶体，波导，和谐振腔形成的图案板。二维周期性允许在频率中的面内伪带隙，其中禁止局部化到板的共振光学和机械激发。通过定制的晶胞几何形状，我们表明，它是可能的，有一个平板晶体同时光学和机械的伪带隙，光学波导不妥协。然后，我们使用这些晶体设计光机械腔中发生强烈的相互作用，共定位的光子-声子共振。示出了通过扰动硅光机械晶体板中的光波和声波的“线性缺陷”波导而形成的谐振腔结构，以支持波长为1.5微米的光谐振和频率为9.5GHz的机械谐振。由于波导结构的同时伪带隙，这些谐振被模拟为具有大于10^7的光学和机械辐射限制的Q因子。还研究了由于辐射压力引起的该腔中的光共振和声共振的光机械耦合，量子转换率对应于通过单个腔声子的单个腔光子的散射率，计算为292 kHz。
2010-11-21 physics.optics
Two-dimensional phononic-photonic bandgap optomechanical crystal cavity
我们提出了一种人工晶体结构的制造和表征，该结构由硅薄膜形成，该硅薄膜具有用于微波X波段声子的全声子带隙和用于近红外光子的二维伪带隙。晶体结构中的工程缺陷用于在平面晶体的带隙中定位光学和机械共振。双音光谱被用来表征腔系统，显示出在195 THz的基本光学腔共振和9.3GHz的共局域机械共振之间的220 kHz的大真空耦合率。
2014-01-07 physics.optics
Nanocavity optomechanical torque magnetometry and radiofrequency susceptometry
纳米光子光学机械设备允许观察具有灵敏度的纳米级振动，这极大地提高了纳米机械结构的计量学[1-9]，并有可能以类似的方式影响纳米级物理系统的研究[10，11]。在这里，我们证明了这种潜力与纳米光子光机械扭矩磁力计和射频（RF）磁力计。由集成在扭转纳米机械谐振器内的纳米腔提供的精致读出灵敏度使得能够在环境条件下观察单个介观磁性结构的独特净磁化和RF驱动响应。磁矩分辨率足以观察光刻图案化坡莫合金岛的磁滞中的巴克豪森台阶[12]。此外，在窄场范围内发现显著增强的RF敏感性，并归因于相邻钉扎位置之间的磁涡旋芯的热辅助驱动跳跃[13]。片上磁致伸缩计方案为强大的集成腔光学机械设备提供了一条有前途的道路，用于科学和技术中磁性微米和纳米系统的定量表征。
2016-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optomechanical Modulation Spectroscopy of Bound-States-In-The-Continuum in a dielectric metasurface
可以通过先进的时域光谱技术检测光子和电子设备中的难以捉摸的特征。在这封信中，我们介绍了一种新的调制光谱学，基于光学和机械模式的相互作用。将该技术应用于Si超颖表面及其鼓状机械模式，我们检测到窄带准束缚态连续体（q-BIC）模式接近正常入射，在那里它们的测量可以被阻碍的高对称性保护和不希望的背景模式。显示出超过一个数量级的可见性增强，光机械调制光谱可以是用于广泛的光子器件的精确光谱的创新工具，包括测量纯对称保护的BIC共振的目标。
2022-02-15 physics.optics
Optomechanical Akhmediev Breather
Akhmediev呼吸子在流体力学、等离子体物理、非线性光学等领域有着广泛的应用，在理解非线性相干现象方面有着重要的意义。在这里，我们介绍光机械阵列作为一种新型的综合平台，观察光子和声子Akhmediev呼吸器，具有显着的功能，读出和控制补充现有的研究流体动力学和等离子体系统。我们的研究结果为可重构的纳米光子和声子网络铺平了道路，并可能使一类新的器件在信号处理和片上非线性动力学系统。
2018-05-11 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
Experimental realization of optomechanically induced non-reciprocity
非互易器件，如环行器和隔离器，是集成光子电路中经典和量子信息处理不可缺少的器件。除了这些应用之外，非互易相移对于探索奇异拓扑光子学具有根本意义，例如实现手征边缘态和拓扑保护。然而，将低光损耗磁性材料纳入光子芯片在技术上具有挑战性。在这项研究中，我们实验证明非磁性非互易性使用光机械相互作用的耳语画廊微谐振器，提出了由Hafezi和Rabl。光机械诱导的非互易性的透明度和放大观察，并在这项研究中证明了高达40度的非互易相移。这项研究的结果代表了集成全光可控隔离器和环行器，以及非互易移相器的重要一步。
2016-04-08 physics.optics
Proposal for an Optomechanical Traveling Wave Phonon-Photon Translator
在这篇文章中，我们描述了一个通用的光学机械系统转换光子声子在一个有效的，可逆的方式。我们分析了经典和量子力学的转换过程，并进行更具体的描述耦合光子和声子晶体平面电路形成的声子-光子翻译。声子-光子平移器的RF微波光子学和电路QED，包括利用该系统的光波长转换，长寿命的量子存储器和状态转移从光学超导量子比特的建议的应用被认为是。
2010-09-18 physics.optics
Monolithic Integration of Piezo-Optomechanical Photonics and CMOS Electronics
The MITRE Corporation（MITRE公司）；Electrical, Computer, and Energy Engineering, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机和能源工程学院）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀恩特光学科学学院）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）
提出一种全单片、全CMOS制造的压电光机光子集成电路平台，通过后端工艺在CMOS驱动晶圆上直接构建光子晶圆，实现超过200万个电连接的高密度数字背板，并引入分段式POMPIC组件作为光子数模转换器，实现低电压数字信号到多比特模拟光相位和幅度调制的转换。
2026-07-03 physics.optics
Optomechanical photon shuttling between photonic cavities
光力驱动的光子器件的机械运动提供了光场之间耦合的深刻手段。这些光学机械效应的当前焦点一直是腔光学机械系统，其中共定位的光学和机械模式强烈地相互作用，以使光子和声子之间的波混合和机械模式的反作用冷却。或者，扩展的机械模式也可以在传播的光场或多个本地化的光学模式的距离诱导强烈的非局部效应。在这里，我们展示了一种新型的多腔光机械器件：“光子跷跷板”，其中扭转光机械运动可以在两个光子晶体纳米腔之间穿梭光子。跷跷板两侧各有一个谐振腔，其谐振频率通过设备的旋转进行反对称调制。将光子泵浦到一个腔中激发光机械自振荡，其强烈地调制腔间耦合并且在每个振荡周期期间以良好调节的方式将光子穿梭到另一个空腔。
2014-09-03 physics.optics quant-ph
Approaching the Standard Quantum Limit of Mechanical Torque Sensing
扭矩的机械转换一直是探测许多物理现象的关键，例如重力、光的角动量、卡西米尔效应、磁性和量子振荡。遵循与质量和力感测类似的趋势，可以通过缩小扭转弹簧的物理尺寸以及因此缩小扭转弹簧的转动惯量来显著提高机械扭矩灵敏度。然而现在，通过精密纳米纤维和亚波长腔光学力学，我们已经达到了几何优化只能提供扭矩灵敏度的边际改进的地步。相反，扭矩的纳米级光学机械测量受到热噪声的极大阻碍。在这里，我们提出了一个腔光机械扭转谐振器的低温测量在稀释制冷机冷却到25 mK的温度，对应的平均声子占用<n>= 35，证明了破纪录的扭矩灵敏度为2.9 yNm/Hz^{1/2}。这比以前的光机械扭矩传感器提高了270倍，并且比其标准量子极限仅高出一个数量级。此外，我们证明，介观测试样品，如微米级超导磁盘，可以集成到我们的低温光机械扭矩传感平台，与其他低温光机械设备相比，打开了内在量子系统的机械扭矩光谱的大门。
2016-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
A theoretical framework for the Hamiltonian of angular momentum optomechanical system
光子同时携带线动量和角动量。在光与物质的相互作用过程中，线动量的交换导致光学力，而角动量的交换导致光学力矩。在量子光学力学中，光学力（光压或阻尼）的使用已经很长时间了，但是，光学力矩和光学角动量的使用却不是。在这里，我们提出了一个理论框架的基础上的光学角动量和光学扭矩的腔轨道和自旋角动量光机系统的哈密顿量，分别。利用该方法成功地得到了反射系数为非单位的微腔与多个扭振子组成的复杂角动量光机系统的哈密顿量。我们的结果表明，我们的理论框架的角动量光力学系统的哈密顿量的普遍适用性，并扩大了量子光力学的研究范围。
2022-09-24 physics.optics quant-ph
An integrated low phase noise radiation-pressure-driven optomechanical oscillator chipset
高质量的频率基准是科学和商业领域定位、导航和定时应用的基石。光机械振荡器具有与连续波光直接耦合和非材料限制的f Q乘积的特性，长期以来被认为是射频光子结构中频率参考的潜在平台。然而，一个主要的挑战是与标准CMOS制造工艺的兼容性，同时保持光学机械的高质量性能。在这里，我们展示了单片集成的光子晶体光机械振荡器和片上高速锗探测器的硅CMOS平台的基础上。通过生成高次谐波（高达59阶）和次谐波（低至1/4），我们的芯片组可为倍频器和分频器中的应用提供多种频率音调。在10 kHz偏移和~ 400 μW的下降功率下，相位噪声低至-125 dBc/Hz，是迄今为止噪声最低的光机械振荡器之一，可在室温和大气非真空条件下工作。这些特性使得光机械振荡器能够作为射频光子信息处理的频率参考平台。
2014-10-21 physics.optics
Single-photon blockade in optomechanical photonic crystal cavity with third-order nonlinearity
对弱驱动下具有克尔型非线性的光机械光子晶体腔中的光子统计特性进行了解析和数值分析。通过计算零时延二阶关联函数$g^{(2)}(0)$，证明了单光子阻塞效应。通过求解薛定谔方程得到的解析结果与通过数值求解量子主方程得到的结果完全一致。最先进的设备参数的实验可行性进行了讨论。结果表明，即使在较低的非线性极化率参数和较弱的单光子光机械耦合条件下，系统也能在通信波长处产生光子阻塞，并且对纯退相引起的退相干具有很强的鲁棒性。
2016-12-22 physics.optics quant-ph
Optomechanically induced optical trapping system based on photonic crystal cavities
本研究提出基于电介质光子晶体纳米束腔的新型光阱，利用光力学反作用突破传统光阱衍射极限等局限，数值模拟验证其可实现56nm窄阱宽的亚微米颗粒悬浮，光吸收较传统光镊降43倍，还可构建亚衍射极限动态势场，为精密传感和量子实验提供新途径。
2023-04-19 physics.optics
Design of a quasi-2D photonic crystal optomechanical cavity with tunable, large $x^2$-coupling
我们提出了一种机械兼容的准二维光子晶体腔的光学和机械设计，该腔由薄膜硅形成，其中一对线性纳米尺度狭缝用于产生两个耦合的高$Q$光学谐振。的光学腔超模，其频率被设计为位于$1500$ ~nm波长带，示出强烈的相互作用与机械共振的结构，其频率范围从几MHz到几GHz。根据对称性的机械模式和对称性的槽的大小，我们表明，光学超模之间的光机耦合可以是线性或二次的机械位移振幅。调谐的纳米级槽的大小也示出调整的幅度和符号的腔超模分裂$2J$，使近共振的两个光学超模之间的运动散射，大大提高了$x^2$耦合强度。具体地，对于在$10$ ~MHz处的结构的中心纳米梁的基本弯曲模式，每声子线性交叉模式耦合率被计算为$\tilde{g}_{+-}/2π= 1$ ~MHz，对应于对于大于辐射限制的超模线宽的模式分裂$2J/2π= 1$ ~GHz的$\tilde{g}'/2π=1$ ~kHz的每声子$x^2$耦合率。
2016-07-04 physics.optics
Lithium Niobate Optomechanical Disk Resonators
铌酸锂薄膜微光子谐振器在高效率电光调制器、光学机械和非线性光学等领域有着广阔的应用前景。本文提出了一种基于MEMS技术的硅基薄膜光子谐振器。我们制作了一个半径为35 μ m的圆盘谐振腔，它具有高达484，000的本征光学品质因数。利用释放的独立结构和高光学Q值的光机械相互作用，我们能够通过使用探针激发56 MHz径向呼吸机械模式（机械Q值为2700）来演示这些器件的声光调制。
2020-12-15 physics.optics
Dispersive coupling and optimization of femtogram L3-nanobeam optomechanical cavities
设计了一个用于光机研究的飞秒级L3纳米束光子晶体腔。通过在硅光子晶体板中放置三个空气槽来创建两个对称的纳米梁，其中去除三个孔。光学品质因数（Q）优化到52，000。纳米梁的机械频率高于600 MHz，这是由于它们的飞秒有效模态质量。光学和机械模式以超过200 kHz的真空光机械耦合率g 0/2 pi色散耦合。对于具有理想对称梁的结构，差分梁模式的锚固损失限制机械Q值估计大于10，000。空气缝的宽度和位置的变化的影响进行了研究。该器件可用作质量、力和位移的超灵敏传感器。
2012-06-03 physics.optics
Silicon-photonic optomechanical magnetometer
针对现有芯片级光机械磁力计与集成光电器件兼容性不足的问题，提出基于新型释放后光刻工艺的绝缘体上硅光机械磁力计，实现了远超此前波导集成设计的磁场灵敏度。
2025-11-17 cond-mat.mes-hall 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 parametric control of mid-infrared photons via molecular vibrational polariton
Basic Research Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司基础研究所）；NTT Bio-Medical Informatics Research Center, NTT, Inc.（NTT公司生物医学信息研究中心）
利用振动极化激元实现中红外与电信波段光子的光机械耦合，通过法布里-珀罗腔演示了在4 mW泵浦下对9.5 μm中红外光子的耗散增强调制，调制深度达1%，为混合中红外光子学和量子转换提供了新途径。
2026-06-16 physics.optics
Quasibound states in the continuum in photonic-crystal-based optomechanical microcavities
本文研究了基于光子晶体的光机械微腔中的连续谱准束缚态，提出用悬浮光子晶体板与分布式布拉格反射镜组合简化系统，使腔损耗仅由材料吸收主导，预计光学品质因子超过10^5。
2023-12-30 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Reconfigurable optomechanical circulator and directional amplifier
非互易器件是光子电路和微波电路中的基本元件，在经典和量子信息处理中起着至关重要的作用。在行波谐振腔中，光与机械运动之间的辐射-压力诱导耦合被用来打破洛伦兹互易性，实现无磁性材料的非互易器件。在这里，我们通过实验证明了一个可重构的非互易器件，通过光机械诱导的相干光子-声子转换或增益，具有循环器或定向放大器的替代功能。所展示的设备具有相当大的灵活性，并提供了令人兴奋的机会，结合可重构性，非互易性和有源特性在单一的光子结构，这也可以推广到微波以及声学电路。
2017-09-19 physics.optics
Dissipative and Dispersive Optomechanics in a Nanocavity Torque Sensor
实验观察到耗散和色散的光机耦合在光子晶体分裂光束纳米腔检测纳米级扭矩源优化。高达约$500$ MHz/nm的耗散耦合和$2$ GHz/nm的色散耦合使得能够测量亚pg级扭转和类螺旋机械共振，其热限制扭矩检测灵敏度在环境条件下为1.2 $\times 10^{-20} \text{N} \, \text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$，在低真空下为1.3 $\times 10^{-21} \text{N} \, \text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$。光机械耦合机制之间的干扰被观察到，以提高检测灵敏度，并产生机械模式依赖的光机械波长响应。
2014-09-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity optomechanical bistability with an ultrahigh reflectivity photonic crystal membrane
以亚波长周期图案化的光子晶体（PhC）膜提供了高反射率、低质量和高机械品质因数的独特组合。我们展示了一个PhC膜，我们使用的法布里-珀罗腔的一面镜子与精细度高达$F=35,000(500)$，对应于一个记录高的PhC反射率$R=0.999835(6)$。基本机械频率为426 kHz，是光学线宽的两倍多，使其牢牢地处于解析边带状态。真空中的机械品质因数是$Q=1.1(1)\times 10^6$，这使我们能够实现与${\cal C}_0=6.6\times10^{-3}$一样高的单光子协同性值。我们很容易将光机械双稳看作是腔传输中的滞后现象。当输入功率超过双稳态阈值时，即使存在空气阻尼，动力学反作用也会引起1~MHz以上的强机械振荡。该平台将促进光机、精密传感和光机诱导双稳态应用的发展。
2022-11-18 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical antennas for on-chip beam-steering
对辐射光场方向的快速和低功耗控制是光子学的一个主要挑战，也是新兴传感器和自由空间通信链路的关键使能技术。目前的方法基于庞大的电动组件是有限的，其高成本和功耗，而片上光学相控阵面临的挑战，在缩放和可编程性。在这里，我们提出了一个固态的方法，使用光机天线波束转向。我们结合了最新的进展，同时控制的光学和机械波的显着进步，在芯片上的光学相控阵列，使低功耗和全二维光束转向的单色光。我们提出了一种设计的硅光子系统的光子-声子波导，实现了44 $^{\circ}$的视野与$880$可分辨的斑点，通过扫描机械波长约一毫瓦的机械功率。使用机械波作为非互易性，主动光栅允许我们快速重新配置光束方向，光束形状和光束数量。它还使我们能够区分我们发送和接收的光。
2017-10-11 physics.optics
Nanophotonic cavity optomechanics with propagating phonons in microwave Ku band
研究了微波Ku波段多光子纳米腔与传播机械波的边带分辨耦合。相干和强的光子-声子相互作用表现为光机械诱导的透明和吸收，以及多腔中的相位相干相互作用。在回声室内，它示出了声子脉冲可以与嵌入的纳米腔多次相互作用。我们的器件提供了一个可扩展的平台，用于微波光子学和量子光子学的光学机械耦合声子和光子。
2015-07-03 physics.optics
Position-squared coupling in a tunable photonic crystal optomechanical cavity
我们提出了一个平面硅光子晶体腔的设计，制造和表征，在其中实现了大的位置平方光机械耦合。该器件由双缝光子晶体结构组成，其中中心光束模式的运动耦合到两个高Q光学模式，这些模式位于每个缝周围。该结构的静电调谐用于可控地将光学模式杂交成以二次方式耦合到光束运动的超模。从光学模式的抗交叉和光学弹簧效应的独立测量，位置平方真空耦合率被测量为高达245 Hz的基本面内机械共振的结构在8.7 MHz，这在位移单位对应于1太赫兹/nm的耦合系数$^2$。这种水平的位置平方耦合比传统的法布里-珀罗腔系统大约大五个数量级。
2015-05-27 physics.optics quant-ph
Universal Design Path for Optomechanical Crystals and One-dimensional Photonic Crystals
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学技术研究所）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）
通过保持腔模波长在一定范围内，建立了折射率、设计面积和腔模波长之间的函数关系，并基于仿真和实验验证了通用设计方法的可行性。
2026-07-02 physics.optics
Photonic Frequency Conversion of OFDM Microwave Signals in a Wavelength-Scale Optomechanical Cavity
光学机械（OM）腔使得能够在波长尺度体积中耦合近红外线和GHz频率声波。当在声子激光机制中驱动时，OM腔可以同时作为非线性混频器和本地振荡器-在机械谐振频率的整数倍-在光域中执行。在这项工作中，我们使用这个属性来证明全光频率下变频和上变频的MHz带宽的正交频分复用信号符合IEEE 802.16e WiMAX无线标准在微波频率。为此，我们采用了硅OM晶体腔（OMCC），支持在$f_m\approx$ 3.9 GHz的呼吸般的机械谐振，并具有足迹$\approx$ 10 $μ$ m $^{2}$，这产生的频率转换效率优于-17 dB在下变频和上变频过程中在毫瓦级驱动功率。该工作为OMCC在小型化硅光子芯片中数字调制微波信号的低功耗全光子处理中的应用铺平了道路。
2021-12-16 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical Metamaterials: Dirac polaritons, Gauge fields, and Instabilities
独立的光子晶体可以用来捕获光和机械振动。这些“光机械晶体”结构已经在实验上证明了光子模式和声子模式之间的强耦合，共同定位在单个缺陷位置。未来的设备可能会以这种缺陷的规则超晶格为特征，将它们变成“光机械阵列”。在这封信中，我们预测，定制的光机能带结构的这种阵列可以用来实现狄拉克物理的光子和声子，通过机械振动创建一个光子规范场，并观察到一种新的光机不稳定性。
2013-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
The effects of ion implantation damage to photonic crystal optomechanical resonators in silicon
在注入磷施主的绝缘体上硅（SOI）衬底上制作光机械谐振器。然后在衬底退火之前和之后测量谐振器的机械和光学性质（在6开尔文和室温下）。所有测量的谐振器幸存的退火和他们的机械线宽下降，而他们的光学和机械频率增加。这与离子注入造成的晶格损伤一致，导致光学和机械性能劣化，然后通过退火进行修复。我们解释这些影响定性与硅晶格结构的变化。我们还报告了一些无法解释的功能在预退火样品。此外，我们报告部分制造的光机械谐振器与氖离子铣削。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Optomechanical Levitation and Control of High Aspect Ratio Silicon Nanorods
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Kelvin Nanotechnology, University of Glasgow（凯尔文纳米技术，格拉斯哥大学）
该研究实现了高纵横比硅纳米棒的光悬浮与控制，可调节其振荡频率、施加光扭矩，为精密扭矩传感及量子物理测试提供新平台。
2026-08-11 physics.optics
Optically tunable photoluminescence and upconversion lasing on a chip
在硅芯片上调谐光发射波长的能力对于可扩展的光子网络、分布式光子传感器网络和下一代计算机体系结构是重要的。在这里，我们展示了光发射的芯片级光机设备，与辐射压力和光热效应的组合提供了广泛的tunablity。为了实现这一点，我们开发了一个光学活性的双盘光机系统，通过注入铒离子。我们观察到频率调谐的光致发光在电信波段的波长范围为520 pm，绿色上转换激光与阈值的$340\pm 70 \; μ$ W，和光机械自脉冲的辐射压力和热效应的相互作用所造成的。这些结果提供了一条通往可广泛调谐的光子网络的微米级激光器的道路。
2021-04-07 physics.optics
Optomechanical Generation of a photonic Bose-Einstein Condensate
我们提出在一个单纵模多横模的微观光学腔中，通过光-机相互作用将低维光子气体热化，获得光子玻色-爱因斯坦凝聚。短腔的几何形状使得其在远高于热能的光子能量处提供低频截止，使得光子的热发射被抑制并且光子数被守恒。虽然以前的光子玻色-爱因斯坦凝聚的实验中使用染料分子的光子气体热化，我们在这里研究热化由于与热波动的纳米机械振荡器形成的腔镜的相互作用。在量子简并状态下，纳米机械腔将宽带光辐射转换为可调谐的相干辐射。
2013-11-13 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Piezo-optomechanical signal transduction using Lamb wave supermodes in a suspended Gallium Arsenide photonic integrated circuits platform
压电光学机械平台是将信号从微波有效转换到光频域的最有前途的途径之一。需要开发新的器件架构，以实现构建高效量子换能器的严格要求。在这项工作中，我们利用机械超模的原则，以提高整体的微波光转换效率，通过制造兰姆波谐振器，与机械呼吸模式的肋形波导中的悬浮砷化镓（GaAs）光子集成电路（PIC）平台杂交。结合强的弹性光学相互作用，使这种架构的声子注入效率提高，在GaAs中，我们证明信号转导高达7 GHz，并增加了转导效率的$\approx$ 25 $\times$的杂交模式（$f_m\approx$ 2 GHz），使用这种方法。我们还概述了提高器件性能的路线，使量子转导在这个平台。
2022-09-28 physics.app-ph physics.optics
Piezo-optomechanical cantilever modulators for VLSI visible photonics
可见光波段超大规模集成（VLSI）光子电路在量子信息和传感技术中具有重要的应用前景。可扩展、高速和低损耗的光子网状电路的实现依赖于可靠和精心设计的可见光光子器件。在这里，我们报告了一个低压光学移相器的基础上，压电驱动机械的杠杆，CMOS兼容，200毫米晶圆为基础的可见光光子学平台上制造。我们显示了线性相位和幅度调制与6 V $_π$ -厘米差分工作，-1.5 dB至-2 dB的插入损耗，并高达40 dB的对比度在700 nm - 780 nm的范围。通过调整选定的悬臂梁参数，我们展示了一个低位移和高位移的设备，都表现出一个几乎平坦的频率响应，从直流到峰值机械共振分别在23 MHz和6.8 MHz，通过谐振增强Q~40，进一步降低工作电压下降到0.15 V $_π$ -cm。
2022-01-28 physics.app-ph physics.optics
Alignment-free cryogenic optical coupling to an optomechanical crystal
对高精度、劳动密集型光学对准的需求一直是我们利用复杂光子集成电路能力的主要障碍。强烈需要能够在光子电路中的任何点处进行询问的容差和被动对准方法。各种有前途的和可扩展的光子封装技术已经在开发中，但很少有方法兼容的低温操作已被报道。在这里，我们证明了无阻尼$25\%$耦合效率从光纤到硅光机械晶体在7 mK的稀释冰箱。我们的耦合方案使用角抛光纤维粘在芯片的表面。该技术为低温下光学技术的可扩展集成铺平了道路，避免了在高度受限的低温环境中进行光学对准的需要。该技术广泛适用于低温光学物理研究和新兴的量子光子技术。
2019-04-10 physics.optics quant-ph
Ultra-low loss piezo-optomechanical low-confinement silicon nitride platform for visible wavelength quantum photonic circuits
University of Arizona（亚利桑那大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文提出了一种超低损耗的低约束硅氮化物平台，用于实现可见光波长的高性能量子光子电路，解决了可扩展性和主动功能的挑战。
2026-08-31 physics.optics quant-ph
2D photonic-crystal optomechanical nanoresonator
我们提出了一种光学优化的光学机械设备的基础上，悬浮的InP膜图案化的二维近波长光栅（NWG）的基础上的二维光子晶体的几何形状。我们首先通过数值模拟确定一组几何参数，在50 nm的跨度上提供高于99.8%的反射率。然后，我们研究了有限的光腰和横向尺寸的NWG模式，使用不同的数值方法引起的限制。NWG光栅，穿在一个悬浮的InP 265 nm厚的膜，被用来形成一个紧凑的微腔涉及悬浮纳米膜作为端镜。所得腔体具有小于10 $μ$ m的腰部尺寸和在200范围内的精细度。它被用来探测纳米膜的力学模式的布朗运动。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall 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
Design and experimental demonstration of optomechanical paddle nanocavities
我们提出的设计，制造和初步表征的桨式纳米腔组成的一个悬浮的亚皮克纳米机械谐振器光机械耦合到一个光子晶体纳米腔。桨状纳米腔的光学和机械性能可以系统地设计和优化，并且包括机械频率在内的关键特性很容易定制。在硅桨纳米腔的环境条件下的测量表明，在1550 nm附近具有品质因数$Q_o$ ~ 6000的光学模式，以及与频率$ω_m/2π$ ~ 12-64 MHz、有效质量$m_\text{eff}$ ~ 350-650 fg和机械品质因数$Q_m$ ~ 44-327的若干机械共振的光机械耦合。桨状纳米腔在光机械传感和非线性光机械实验中具有广阔的应用前景。
2015-09-01 physics.optics
Optical Pulling and Pushing Forces via Bloch Surface Waves
纳米和微米物体的通用操作是光学机械学及其在生物学、医学和芯片实验室平台上的各种应用的基础。对于灵活的剪裁光学力，以及非凡的光学机械效果，额外的自由度应该被引入到系统中。在这里，我们表明，光子晶体提供了一个灵活的平台，纳米粒子的光学操纵由于布洛赫表面波（BSW）和复杂的字符的反射系数铺平了道路，复杂的光机相互作用控制。我们证明了由于在光子晶体界面处的布洛赫表面波的定向激发，作用于放置在一维光子晶体上方的单个珠子上的横向光学力的增强的拉和推的出现。我们的理论结果，这是支持与数值模拟，证明角度或波长之间的BSW诱导的光的拉力和推力辅助切换。由于光子晶体易于制备，可以在任意光谱范围内对纳米粒子进行精确的光学分选，特别是对核壳结构的纳米粒子，传统的光学机械分选方法很难对其进行分选。我们的方法为新的光学操纵方案和平台以及增强光阱设置中的光-物质相互作用提供了机会。
2021-04-07 physics.optics
Nanocrystalline silicon optomechanical cavities
绝缘体上硅光子学为集成光机械电路的最新发展提供了一个通用平台。然而，存在一些限制，例如晶片的高成本和对单个物理器件级的限制。在目前的工作中，我们研究纳米晶硅作为一种替代材料的光学机械设备。特别是，我们表明，光机械晶体腔制造的纳米晶硅具有光学和机械性能，使非线性动力学行为和效果，如热光/自由载流子色散自脉冲，声子激射和混沌，所有在低输入激光功率和典型的频率高达0.3 GHz。
2018-01-29 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
Optomechanics with one-dimensional gallium phosphide photonic crystal cavities
磷化镓具有高折射率（$n>3$适用于4 μm以下的真空波长）和宽电子带隙（2.26 eV）的优点，可实现在通信波长下具有小模体积和低双光子吸收的光学腔。因此，由于强烈限制的光场而产生的加热大大减少。在这里，我们调查的好处，这些性质的空腔光学力学。利用最近发展起来的基于直接键合的制作方案，我们实现了由磷化镓制成的集成一维光子晶体腔，其光学品质因数高达$1.1\times10^5$。我们优化了他们的设计，通过辐射压力耦合在$\approx 200$太赫兹的光学本征模的共定位机械模式的频率为3 GHz，产生边带分辨设备。高真空光机耦合率（$g_0=2π\times 400$ kHz）允许机械模式放大到所谓的机械激光区，输入功率低至$\approx 20$ μW。机械激光的观测暗示了$C>1$的多光子协同性，这是实现量子态传输协议的重要阈值。由于减少的热光共振位移，除了通常观察到的光机械诱导吸收之外，还可以在室温下检测到光机械诱导的透明度。
2018-12-03 physics.optics
