One-way Optomechanical Interaction between Nanoparticles
本研究提出纳米颗粒间基于高方向性散射非保守光学力的单向非互易光机械相互作用，引入量化因子评估其性能，为介观热器件、非平衡系统及非厄米量子模拟研究提供新途径。
2024-02-01 physics.optics
All-optical photon transmission switching in a passive-active optomechanical system
本文提出了一种在由一个普通无源腔、一个有源腔和一个完全反射的可动膜振子组成的无源-有源光机械系统中实现全光光子传输开关的可行方案，该系统由两个强控制场和两个弱探测场对称驱动。利用有源腔的增益效应，可以产生许多新颖的、有价值的现象，如本文首次提出的与频率无关的完全反射（FIPR）、可调的光子双向传输、相位相关的非互易性等，通过调节控制场的强度和探测场的相对相位，可以精确地调节用于控制全光开关的相关参数。此外，通过精确调节相关参数，我们的系统可以实现可调谐的快、慢光，这在实验中是容易和可行的。这些新颖的现象来源于有效的光机耦合和增益效应，为光子器件、量子网络节点的制作和量子信息处理（QIP）提供了一个很有前途的平台。
2018-01-08 physics.optics quant-ph
Non-reciprocal frequency conversion and mode routing in a microresonator
光子和声子的传输通常遵循互易原理。打破这些玻色子激发的互易性将使相应的非互易设备，如隔离器和循环器。在这里，我们使用两个光学模式和两个机械模式的微谐振器，通过辐射压力形成一个四模式的元胞。研究了频率完全不同的任意两个模之间的相位控制非互易路由，包括声子到声子（MHz到MHz）、光子到声子（THz到MHz）的路由，特别是首次实现了频率差在80 THz左右的光子到光子的路由。此外，还引入了一种机械模式，在这种微谐振器中实现了声子环行器。非互易性来自于涉及光机械谐振器中的光机械相互作用的多模传输过程之间的干涉。不仅演示了光子和声子在单个谐振腔中的非互易路由，而且实现了光子的非互易变频和声子的循环，为研究光机混合网络中的定向路由和热管理奠定了基础。
2022-01-26 physics.optics
Optomechanically-induced chiral transport of phonons in one dimension
具有单向传输特性的非互易器件形成了用于隔离和控制光子系统中的光的关键部件。由于泵浦激光器能够打破系统中的时间和宇称对称性，光机系统已经成为光学非互易性的潜在平台。在这里，我们考虑如何光的非互易行为也可以影响光机械设备中的声音传输。我们主要讨论了准一维光学环形谐振腔的情况，其中有许多机械模通过声光效应与光耦合。无序的加入导致材料中声子输运的有限扩散，这主要是由于顺时针和逆时针声子之间的弹性后向散射。我们表明，激光泵浦场，随着假设的高品质因数，边带分辨的光学共振，抑制无序的影响，并导致出现手性扩散，方向相关的扩散出现在一个带宽类似的相位匹配带宽布里渊散射。一个简单的图解理论将观察到的机械线宽直接与相关的声子扩散性质联系起来，并有助于解释最近的实验结果。
2017-01-10 physics.optics quant-ph
Giant enhancement of tunable optomechanical coupling via ultrarefractive medium
探索光机械谐振器的基本量子行为是最近的极大兴趣，但需要实现强耦合制度。本文研究了所谓的中间膜（MITM）光机械系统的光学光子-声子耦合。利用耦合模理论，我们发现，光机械耦合成正比的膜的电极化率。通过考虑掺杂原子或自旋到膜中并适当地驱动它们，我们诱导了可调谐的超大折射率而没有吸收，这增强了光机械耦合。利用这一点，我们预测了一个超强的单光子强耦合与大的量子协同效应的Er 3+掺杂剂在低温下，而Cr 3+在红宝石膜可能会显示超大的量子协同效应在室温下。我们的方案还可以在很宽的范围内调节耦合的强度，并且还可以控制光机械力是吸引力还是排斥力。我们的工作打开了一扇大门，基础物理和应用依赖于实现强耦合制度的量子光学机械系统。
2015-06-21 physics.optics quant-ph
Synthesized Kuramoto potential via optomechanical Floquet engineering
本研究利用 Floquet 工程对光机械振荡器施加周期性调制激光，实现了多稳态且动态可调的同步，揭示了非平凡拓扑绕数与巨大非互易性，为模拟复杂振荡器网络的高效信息处理提供了新方案。
2025-03-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical circulation in a multimode optomechanical resonator
光环行器是现代通信技术的重要组成部分。这些非互易元件具有定向路由光子的能力，在光子电路中提供了有用的功能，并为信息处理的基础研究提供了前景。因此，开发高效的光学循环器提出了一个重要的挑战，特别是实现不依赖于磁场偏置来破坏互易性的紧凑的可重新配置的实现。我们演示了基于辐射压力相互作用的片上多模光机系统中的光循环。我们表明，机械介导的光学模式转换在硅微环提供了一个合成的规范偏置的光，这使得4端口环行器通过利用适当的光路之间的定制干涉。我们确定了两个边带条件下，理想的循环接近。这允许在所有相关通道中通过实验证明$\sim$ 10 dB隔离和$<$ 3 dB插入损耗。我们展示了主动控制带宽、隔离比、噪声性能和循环方向的可能性，为可重构集成纳米光子电路提供了理想的机会。
2017-08-25 physics.optics
Strong Optomechanical Interactions with Long-lived Fundamental Acoustic Waves
行波光机械相互作用，被称为布里渊相互作用，现在已经被确立为光子源，传感器和射频处理器的强大和通用的资源。然而，具有足够相互作用强度的基于布里渊的相互作用涉及短的声子寿命，这严重限制了它们在包括射频滤波和光机械存储设备的应用中的性能。在这里，我们研究了一个新的范例的光机械相互作用与基本的声学模式，相互作用的强度是从声子寿命解耦，使独特的理想的组合高光机械耦合，长声子寿命，可调谐的声子频率，和单边带放大。利用灵敏的四波混频光谱控制噪声和空间模耦合，在锥形光纤中观察到了$μs$声子寿命大于2，耦合度大于$W^{-1} m^{-1}$ 400的光-机相互作用.此外，我们展示了新颖的声子自干涉效应，从一个轴向变化的设备的几何形状与长的声子寿命的独特组合。一个广义的理论模型，在良好的协议与实验，具有广泛的适用性，非均匀光机系统的发展。
2022-06-06 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
All-optical transistor based on Rydberg atom-assisted opto-mechanical system
研究了里德伯原子系综辅助的光机双腔系统的光学响应。而原子系综只与一侧腔耦合，耦合模式为单腔模式。通过控制与光机腔解耦的里德伯原子系综，实现了对杂化系统光学性质的远程操控。打开原子与腔模的耦合，打破了双腔结构原有的时间反演对称性。基于可控光非互易性原理，提出了全光控二极管、全光控整流器和全光控晶体管的理论方案。
2017-09-13 physics.optics
Enhanced optomechanical interaction in the unbalanced interferometer
Faculty of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系）；Quantum Technology Centre, M.V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学量子技术中心）
本文提出一种改进的干涉仪，通过不平衡分束器增强光学机械耦合，从而提高大质量物体的量子冷却效果，并为研究量子力学和量子引力提供新方法。
2023-05-11 physics.optics quant-ph
Strong angular momentum optomechanical coupling for macroscopic quantum control
光机系统为探索宏观量子态及相关的量子力学基本问题提供了独特的机会。在这里，我们提出了一个量子光学力学系统，涉及交换相互作用的自旋角动量的光和扭转振子。我们证明了该系统允许在单光子水平上对扭转振子的扭转量子态进行相干控制，这有利于扭转振子的有效冷却和压缩.此外，在薛定谔类猫态中还可以制备具有宏观尺度的扭转振子。我们的工作为在微米甚至厘米尺度上验证量子力学在宏观系统中的有效性提供了一个平台。
2021-09-29 physics.optics quant-ph
Reciprocity Theorem and Fundamental Transfer Matrix
Isfahan University of Technology（伊斯法罕理工大学）
本文通过非厄米特有效哈密顿量的量子动力学表述，推导了二维和三维互易定理，并建立了散射算符的反伪厄米特性。
2025-10-20 math-ph math.MP physics.optics
Control of coherent backscattering by breaking optical reciprocity
互易性是一个普遍的原则，对物理学的许多领域都有深远的影响。在凝聚态物理、光学物理和声学中，由互易性引起的一个基本现象是量子或经典波的相长干涉，这些波在无序介质中沿着时间反转的路径传播，导致例如弱局域化和金属-绝缘体转变。先前的研究表明，当互易性被打破时，这种相干效应被抑制。在这里，我们表明，通过以受控的方式打破互惠，我们可以调整，而不是简单地抑制，这些现象。特别是，我们操纵光的相干后向散射，也称为弱局部化。通过利用非互易磁光效应，我们控制了多模光纤中强模式混合下时间反转路径之间的干涉，实现了后向散射强度从峰值到谷值的连续过渡。我们的结果可能为复杂系统中经典波和量子波的相干控制开辟新的可能性
2015-05-06 physics.optics quant-ph
Dynamical encircling exceptional point in largely detuned multimode optomechanical system
动力学环绕例外点（EP）显示了许多有趣的物理现象及其潜在的应用。为了丰富光学系统的实验操作，本文研究了大失谐多模光机系统中的动态环绕EP，即状态转移过程。在参数空间中，研究了不同的起始点位置、运动轨迹的方向和初始状态等因素对状态转移过程的影响。结果表明，通过调节大失谐多模系统中的有效光机耦合，可以实现两个光模之间的非互易和手征拓扑能量转移。此外，还讨论了系统参数演化速度的影响因素。我们的工作揭示了多模光机系统大失谐域中EP的基本物理机制，为非厄米系统中光模的操纵提供了一种新的思路。
2022-08-02 physics.optics quant-ph
Phase-controlled asymmetric optomechanical entanglement against optical backscattering
量子纠缠在理解量子物理的基本方面和实现各种实际应用的量子器件方面都起着关键作用。本文提出了在光回音壁模谐振腔中，通过调节驱动激光器的相位差来实现光机械纠缠的相干开关。我们发现，与传统的对称器件相比，光机械纠缠和双模量子压缩可以以高度非对称的方式进行很好的调谐，从而提供了一种有效的方法来保护和增强量子纠缠对抗光学后向散射.这些发现为提高量子器件在实际噪声环境中的性能提供了新的思路，这在抗噪声量子处理和抗后向散射量子精密测量等广泛的应用中具有重要意义.
2023-02-13 physics.optics quant-ph
Optical coupling to nanoscale optomechanical cavities for near quantum-limited motion transduction
作为量子实验和经典计量学的测试平台的芯片级腔光学机械装置的发展中的一个重大挑战在于将来自纳米级光学模体积的光耦合到传统的光学元件，例如透镜和光纤。在这项工作中，我们展示了一个高效率，单面光纤耦合平台的光机械腔。通过在光子晶体拉链腔和固定光纤之间引入一个绝热波导锥来实现单模转换，在腔谐振波长为1538nm处，实现了52%的腔内光子收集效率。在3.3 MHz的基本面内机械共振的位移波动的光学平衡零差测量表明，不精确的噪声地板在于一个因素的2.8以上的标准量子限制（SQL）连续位置测量，与预测的总增加噪声的1.4声子在最佳的探测功率。极低的测量噪声和强大的光纤对准的组合提出了对这些类型的集成微光机械腔的单声子灵敏度的重大进展。
2013-02-07 physics.optics quant-ph
Structured transverse orbital angular momentum probed by a levitated optomechanical sensor
本研究通过两束平行反向传播线偏振聚焦光束的干涉场生成携带本征横向轨道角动量（TOAM）的同旋向涡旋阵列，并利用光学悬浮硅纳米棒光力学传感器直接探测TOAM，为基础物理、光操控及量子光力学研究提供新方法。
2023-06-14 physics.optics quant-ph
Hybrid coupling optomechanically assisted nonreciprocal photon blockade
量子信息科学中的开放量子系统的性质作为各种应用的基础问题，现在被研究界广泛地研究。在量子信息处理过程中，通常情况下，开放量子系统的态会受到退相干的干扰，从而降低系统的保真度。因此，最好消除环境的影响。然而，作为复合系统的一部分，环境系统的合理利用可能有利于量子信息处理。本文从理论上研究了光机系统中的环境诱导量子非线性效应和能谱调谐方法。我们发现，耗散和色散混合光机电系统的耗散耦合可以导致环境与系统之间以交叉克尔相互作用形式的耦合。当对称性被定向泵浦破坏时，系统在回音壁模微腔的顺时针和逆时针模式的光子激发和光子阻塞过程中表现出非互易性。此外，我们相信交叉克尔耦合还可以在量子信息处理和量子模拟中得到更广泛的应用。
2020-11-30 physics.optics quant-ph
Design of dispersive optomechanical coupling and cooling in ultrahigh-Q/V slot-type photonic crystal cavities
描述了超高Q/V缝隙型光子晶体腔中的强光-机动力学相互作用。色散耦合是基于模隙光子晶体腔，其具有0.02（lambda/n）3模体积的空气模中的光局部化，同时保持光学腔Q高达5 × 106。机械模式被建模为具有460 MHz的基本谐振ω_m/2 π和估计为12，000的品质因数Qm。对于这种槽型光机械腔，色散耦合gom的数值计算高达940 GHz/nm（洛美202 nm）的基本光机械模式。冷却和放大的动态参数振荡，在解决和未解决的边带限制，数值研究，随着位移谱密度和冷却速率的各种操作参数。
2010-08-10 physics.optics
Nonlinear optomechanical pressure
透明材料表现出超快的光学非线性，并且如果被激光束照射，则受到光学压力。然而，非线性对光学压力的影响往往被忽视，即使非线性光学压力可能在许多应用中被潜在地采用，如光学操纵、生物物理学、腔光学力学、量子光学、光学牵引器，并且与Abraham-Minkoswky困境或Casimir效应等基本问题相关。在这里，我们表明，超快的非线性偏振确实提供了一个贡献的光学压力，也是负的，在某些光谱范围内，理论分析证实了第一性原理模拟。一个数量级的估计表明，可以通过测量由石墨烯制成的膜的偏转来观察这种效应。
2014-03-15 physics.optics quant-ph
Direct laser-written optomechanical double membranes in an optical microcavity
University of Bonn（波恩大学）；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）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究采用3D直接激光写入技术制备光纤法布里-珀罗微腔中的双膜谐振器，实现可控机械模式杂化与增强集体光机械耦合，为多模腔光力学提供可扩展平台。
2026-10-30 physics.optics quant-ph
Dynamically induced robust phonon transport and chiral cooling in an optomechanical system
声子形式的声和热的传输可以受到无序诱导散射的限制。在电子和光学设置中，引入手性传输，其中载波传播表现出奇偶不对称性，可以消除弹性后向散射，并提供对无序的鲁棒性。然而，抑制无序诱导的散射从来没有被证明在非拓扑声子系统。在这里，我们实验证明了一个路径，实现强大的声子输运的存在下的材料无序，明确诱导手性通过奇偶选择性光机械耦合。我们发现，对称谐振腔的非对称光泵浦使得顺时针和逆时针声子的手征冷却变得非常明显，同时抑制了无序的隐藏作用。令人惊讶的是，这种被动机制还伴随着热负荷的手性减少，导致机械的光学冷却而不增加阻尼，这种效果没有光学类似物。这种技术可以潜在地改善谐振机械传感器的基本热极限，这是通过边带冷却无法实现的。
2017-06-19 physics.optics quant-ph
Bidimensional nano-optomechanics and topological backaction in a non-conservative radiation force field
光学力学，探索光和机械运动之间的基本耦合，在探索和操纵宏观机械振荡器到量子水平方面取得了重要进展。然而，与光机械相互作用的矢量性质有关的动力学效应仍有待研究。在这里，我们研究了一个纳米线与亚波长尺寸强烈耦合到一个紧密聚焦的光束，使超灵敏读出的纳米谐振器的动态。我们通过实验确定了光机械相互作用的矢量结构，并证明了二维动态反作用支配纳米线的动力学。此外，光学机械相互作用的非保守拓扑结构是负责纳米谐振器机械模式之间的强耦合的新的正则签名，导致拓扑不稳定性。这些结果具有普遍性，并说明了增加的灵敏度nanomechanical设备对拓扑变化的相互作用，开放的基本观点nanomechanics，optomechanics，超灵敏扫描探针力显微镜和纳米光学。
2014-01-27 physics.optics quant-ph
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
Optical non-reciprocity of cold atom Bragg mirrors in motion
互易性是光传输的基础，并且是在相当复杂系统中也成立的概念。然而，即使在线性、各向同性和无源介质中，也可以通过使材料结构运动来关闭互易性。在高度色散的多层膜中，这导致脉冲传输中相当大的前后不对称性。此外，在多级系统中，这种传输现象可以全光学增强。例如，对于由三能级冷铷87原子制成的原子多层结构，在每秒米的原子速度范围内已经可以获得大约95%的前后透射对比度。我们说明的方案可能会开辟以前无法访问的光学隔离的途径。
2013-05-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
All optical chaos synchronization between nonidentical optomechanical cavities
IIT Kharagpur（印度理工学院哈格普尔分校）；University of Aberdeen（阿伯丁大学）
针对光学连接的非全同光机械腔混沌同步研究空白，本文理论探究主从结构下单向耦合光机械腔的全光完全同步，证实参数异质性可实现稳定的完全同步。
2025-11-18 physics.optics
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
Parametric Optomechanical Oscillations in Two-Dimensional Slot-Type High-Q Photonic Crystal Cavities
我们实验证明了一种基于空气缝光子晶体腔的光机械腔，其光学品质因数Qo=4.2 \times 10 ^4，小模体积为0.05立方波长。光学模式与频率高达数百MHz的面内机械模式耦合。基本机械模式示出了65 MHz的频率和376的机械品质因数。实验测得的光机械耦合率gom/2 pi为154 GHz/nm，对应于真空光机械耦合率g*/2 pi为707 kHz。当输入功率低于mW时，腔体呈现出强烈的参量振荡。测量了光子晶体光机械振荡器的相位噪声。
2012-05-05 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
Non-Hermitian gauged reciprocity and symmetry
本文提出非厄米规范互易性概念，证明在具有虚矢量势和非厄米趋肤效应的系统中洛伦兹互易性虽被破坏但仍受严格数学关系支配，并通过紧束缚模型与微环谐振器仿真验证。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hanbury Brown and Twiss interferometry of single phonons from an optomechanical resonator
纳米和微机械固态量子器件已成为人们关注的焦点。可靠地产生它们运动的非经典态对于解决宏观量子现象的基本问题和发展传感和转导领域的量子技术都是有意义的。我们利用量子光学控制技术，有条件地产生纳米机械谐振腔的单声子Fock态。我们进行了一个Hanbury Brown和Twiss型实验，验证了声子态的非经典性质，而不需要完整的状态重建。我们的结果建立了在单声子水平上的机械振荡器的纯光量子控制。
2018-05-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid confinement of optical and mechanical modes in a bullseye optomechanical resonator
光机械腔已被证明是探索机械波和光波之间相互作用的基础和技术方面的一种特殊工具。这种相互作用强烈受益于具有大的光机械耦合、高的机械和光学品质因数以及大于光学模式线宽的机械频率（所谓的分辨边带极限）的腔。在这里，我们展示了一种新型的光学机械腔的基础上，一个径向机械带隙的磁盘。这种设计通过不同的物理机制限制光和机械波，这允许独立控制机械和光学特性。我们的器件设计不受独特材料特性的限制，并且可以很容易地进行调整，以允许与其他有前途的材料进行大的光机械耦合和高的机械品质因数。最后，我们的演示是基于在商业硅光子学设施上制造的器件，表明我们的方法可以很容易地扩展。
2016-05-20 physics.optics
Nanocavities for Molecular Optomechanics: their fundamental description and applications
本研究阐明分子腔光力学（McOM）与传统宏观光力学的参数联系，指出光-腔耦合效率等关键参数，总结其成果与挑战，为SERS领域提供实用理论框架，并探索用分子振动观测光力学诱导透明的可行性以估算光力学协同性。
2024-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Breaking time-reversal symmetry with acoustic pumping of nanophotonic circuits
通过打破时间反演对称性的刺激实现非互易光传播，而没有磁光学，仍然是集成纳米光子器件的主要挑战。最近，光和振动模式通过有质动力耦合的光机械微系统，通过各种技术，但总是使用光泵浦表现出很强的非互易效应。这些方法都没有证明带宽超过机械系统的带宽，并且所有这些方法都需要光功率，这既是基本问题也是实际问题。在这里，我们解决了这两个挑战，通过打破时间反演对称性，在集成的纳米光子电路中使用声泵。GHz带宽的光机非互易性证明使用的2维表面声波泵的行动，同时提供非零的重叠积分的光声相互作用，也满足必要的相位匹配。我们使用这种技术来产生一个简单的频移隔离器（即非互易调制器）的间接带间散射的手段。我们证明模式转换的不对称性高达15 dB，效率高达17%，超过1 GHz的带宽。
2017-07-25 physics.optics
Experimental realization of quantum non-reciprocity based on cold atomic ensembles
与电子电路中广泛使用的对应物类似，全光非互易器件是经典和量子光学信息处理的基本构建块。接近这种设备的基本极限，其中单个光子的传播表现出良好的非互易特性，需要单个光子和物质之间的非对称强耦合。不幸的是，这一目标尚未实现。本文提出并实验实现了一种基于冷原子的低光损耗、高隔离度（大于14 dB）的量子非互易器件。此外，还实现了量子比特的非互易传输和真单光子的非互易量子存储。这些结果对于构建量子网络中的量子非互易器件具有重要意义。
2022-05-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optomechanical feedback cooling of a 5 mm-long torsional mode
我们报道了一个5 mm长，550 nm直径的光学晶体的基本扭转模的三个数量级的光学冷却。微透镜的旋转耦合到被引导的激光场的偏振。我们使用弱激光探针来监测旋转，并使用反馈来调制提供扭矩的辅助驱动激光的偏振。我们的研究结果提供了一个工具的大型扭转谐振器的光机械控制，具有广泛的应用和潜在的影响，研究宏观物体的量子态。
2023-01-25 physics.ins-det physics.optics
Observation of Optomechanical Quantum Correlations at Room Temperature
通过将激光照射通过纳米机械光束，我们测量光束的热驱动振动，并在海森堡测量扰动不确定性关系所决定的水平上用光学力扰动其运动。这种量子反作用通常难以在室温下观察到，其中由光量子强度波动驱动的运动比热运动小许多数量级。我们展示了一种互相关技术，以区分光驱动的运动从热驱动的运动，观察这种量子反作用签名到室温。虽然通常很难绝对校准光学检测，但我们使用由基本常数确定的量子相关性的尺度来衡量热运动的大小，展示了一条通往量子力学校准刻度的绝对测温的道路。
2016-05-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Breaking Reciprocity in a non-Hermitian Photonic Coupler with Saturable Absorption
研究了非厄米耦合光子波导中由于饱和吸收的非线性效应和例外点的同时作用导致的互易性破缺。这样一个系统的非线性响应进行了深入研究，物理洞察的操作原理和基本限制，同时产生的传输和非互易强度范围的分析和半分析结果。我们数值验证的理论结果，并评估重要的性能指标，这样的设备的非互易操作。这种新型的无源非谐振器件可以提供片上宽带非互易操作，使得它们在高速应用中具有潜在的重要性。
2021-02-15 physics.optics
Observation of Brillouin optomechanical strong coupling with an 11 GHz mechanical mode
实现与高频声子的腔-光机强耦合为量子技术的发展提供了丰富的途径，包括量子态转移、存储和转导，以及使宏观声子自由度的几个基础研究成为可能。然而，实现这种与GHz机械模式的耦合已被证明是具有挑战性的，其中一个突出的障碍是许多材料中的材料和表面诱导的光学吸收。在这里，我们规避这些挑战，并报告观察光学机械强耦合到一个高频率（11 GHz）的熔融石英回音壁微谐振器通过电致伸缩布里渊相互作用的机械模式。使用光外差检测方案，反斯托克斯光从谐振腔背散射测量和正常模式分裂和避免交叉观察记录的光谱，提供明确的签名强耦合。通过使用辅助泵浦共振，光机械耦合率达到高达$G/2π= 39 \ \text{MHz}$的值，其中耦合主导光学（$κ/2π= 3 \ \text{MHz}$）和机械（$γ_\text{m}/2π= 21 \ \text{MHz}$）振幅衰减率。我们的发现为利用光和声进行光量子控制提供了一种很有前途的新方法。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Scattering Activities Bounded by Reciprocity and Parity Conservation
散射活动通常通过散射体对相反旋向的圆偏振光的不同光学响应来表现。类似于散射理论在光子学的不同分支中所扮演的无处不在的角色，散射活动可以作为一个基本概念来阐明散射系统内外的各种手光学效应的潜在机制。在这项工作中，我们探讨散射活动的互惠系统，表现出各种几何对称性，但本质上是非手性的。我们揭示了散射活动一般是由互易性和宇称守恒，表明虽然消光活动通常被对称性消除，散射活动的形式不同的反射，散射或角散射模式可以更广泛地出现。由于我们的分析是完全基于互易性和宇称守恒的基本定律，无论几何和光学参数的散射系统的研究，揭示的原则是普遍适用的。我们所建立的直观和图形化的框架超越了任何特定的耦合模型，能够揭示看似无关的手性表现之间隐藏的联系，从而更容易统一理解各种手性效应。
2019-11-20 physics.app-ph 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
Noiseless photonic non-reciprocity via optically-induced magnetization
光学非互易性的实现对于许多器件应用是至关重要的，并且对于操纵和保护具有期望的时间反演对称性的光子也是至关重要的。最近，各种新的无磁非互易机制已经被提出和实现，避免了法拉第效应所施加的强磁场的限制。然而，由于难以抑制驱动及其诱导的噪声，这些器件表现出有限的隔离性能，并且很少研究量子噪声特性。在这里，我们展示了一种新的方法磁自由非互易性的光诱导磁化原子系综。在7个数量级的功率动态范围内观察到良好的信号隔离（最高隔离比为51.4 dB），量子统计测量验证了无噪声特性。该方法适用于固体中的其他原子和类原子发射体，为未来集成光子非互易器件，单向量子存储和状态转移以及拓扑光子学技术的研究铺平了道路。
2020-09-21 physics.optics
Cavity optomechanics in gallium phosphide microdisks
我们制作了具有本征品质因数$ > 2.8\times10^{5}$和模体积$< 10 (λ/n)^3$的磷化镓（GaP）微盘光腔，并研究了它们的非线性和光机械特性。对于高达$8.0\times10^4$腔内光子的光强度，我们观察到微腔中的光损耗随着强度的增加而减小，这表明GaP材料中存在可饱和吸收位点，并且双光子吸收不显著。我们观察光学模式之间的光学机械耦合的微盘约1.5 $μ$米和几个机械共振，并测量光学弹簧效应与理论预测的光学机械耦合率$g_0/2π\sim 30$ kHz的基本机械径向呼吸模式在488 MHz。
2014-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Reciprocity-induced symmetry in the round-trip transmission through complex systems
互易性是波动物理学的一个基本原理，直接关系到交换输入和输出时通过系统传输的对称性。相干传输矩阵是描述波在一般介质中传输特性的一种简便方法。在这里，我们证明了复杂介质的光学互易性质，通过探索他们的TM属性。我们测量了相位校正TM的前向和往返传播通过一个循环的1米长的阶跃折射率多模光纤（MMF），以实验验证前向和后向传输之间的转置关系。这种对称性阻碍了直接从往返TM的近端测量进行MMF校准。此外，我们展示了如何通过数字光学相位共轭的MMF聚焦受到系统损耗的影响，因为时间可逆性依赖于功率守恒。这些见解可以通过复杂介质和光子系统中波的相干控制来开发新的成像技术。
2020-07-14 physics.optics
Optomechanical manipulation with hyperbolic metasurfaces
辅助纳米结构将额外的灵活性引入光机械操作方案。能够控制近场区域处的电磁相互作用的超材料和超表面对于实现粒子的改进的空间定位、降低捕获所需的激光功率以及定制光学力的方向性特别有益。在这里，位于各向异性基板旁边的小颗粒上的光学力，进行了研究。一类特殊的双曲超颖表面被认为是在细节，并示出是有益的实现强大的光学拉力在一个广泛的光谱范围。格林函数的光谱分解能够识别不同相互作用通道的贡献，并强调了双曲色散制度的重要性，这在光机相互作用中起着关键作用。均匀化模型的双曲线metasurface相比，其金属-电介质多层实现，并示出预测的光学机械行为在一定条件下的结构的顶层的组成和其周期性。光学机械超颖表面为未来的基础研究和一系列实际应用开辟了一个场所，需要精确控制小物体的机械运动。
2018-11-04 physics.app-ph physics.optics
Phonon and Photon Lasing Dynamics in Optomechanical Cavities
激光与其他光源的不同之处在于它们是相干的，它们的相干性使它们对基础研究和实际应用都不可或缺。在光机械腔中，声子和光子激射是由光子和声子强烈相互作用并相互相干激发的能力促进的。声子和光子的激光线宽对于实际应用是至关重要的。然而，到目前为止，这些线宽还没有在腔光学机械系统中详细研究。本研究探讨了光机械腔中激光的基本动力学，并在实验上演示了硅光机械晶体腔中窄线宽的光子和声子同时激光。我们发现，线宽可以占两个不同的物理机制在两个政权，即正常政权和反向政权，其中的固有光学衰减率是大于或小于固有的机械衰减率。在正常的制度，一个超窄的光谱线宽为5.4 kHz的声子激射在6.22 GHz的可以实现的泵浦光的线宽无关，而这些结果是违反直觉的光子激射在反向制度是无法实现的。这些结果为利用硅光子器件中光子和声子的相干性并重塑其光谱铺平了道路，可能会在传感，计量，光谱学和信号处理以及需要提供超高相干性的应用中开辟新技术。
2019-07-15 physics.optics
Broadband Optomechanical Sensing at the Thermodynamic Limit
腔光力学通过显著提高探测attonewton力、纳米粒子、磁场和引力波的灵敏度，为基础物理和精密测量开辟了新的研究途径。这些测量的灵敏度的一个基本限制是与环境的能量交换，如波动耗散定理所描述的。虽然极限灵敏度可以通过增加机械感测元件的质量或减少阻尼来增加，但这些设计折衷导致更大的检测器或限制可以测量的机械频率的范围，排除了许多现实世界应用的带宽要求。我们的报告上的一个微制造的光机械传感平台的基础上的法布里-珀罗微腔，并表明，当作为一个加速度计，它可以实现接近理想的宽带性能在热力学极限（布朗运动的检验质量）与最高的灵敏度，迄今为止报告在较宽的频率范围（$314\,nm \cdot s^{-2}/\sqrt{Hz}$超过6.8 kHz）。这种方法适用于从压力和力感测到地震学和重力测量的一系列测量，包括对非牛顿重力或暗物质等新物理的搜索。
2020-07-30 physics.app-ph physics.ins-det 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
Optomechanical damping of a nanomembrane inside an optical ring cavity
我们从实验和理论上研究了在介质镜制成的光学环形谐振腔中与光耦合的机械纳米振荡器。我们确定了一个光学机械阻尼机制，这是从根本上不同的众所周知的冷却驻波腔。然而，在驻波腔中，机械振荡使腔的谐振频率偏移，而在环形谐振器中，频率不改变。相反，节点的位置随着机械偏移而移位。我们推导出阻尼率和测试实验结果与氮化硅纳米膜。结果表明，必须考虑介质镜涂层的小缺陷的散射来解释测量的阻尼率的值。我们扩展了我们的理论模型，并考虑在腔中的第二个反射器，捕获镜后向散射的影响。这个模型也可以用来描述两个膜的情况，都与腔场相互作用。这可能是有趣的未来的工作同步的远距离振荡器耦合腔内光场。
2016-08-09 physics.optics
Asymmetric imaging: Reciprocity bounds and manifestations
University of Washington（华盛顿大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；City University of New York（纽约市立大学）；Yale University（耶鲁大学）
本研究提出非对称成像的一般理论，推导出互易系统中单向性的基本界限，并展示了折射系统与超表面双合透镜两种实现，为跨平台非对称成像提供基准与设计原则。
2026-09-30 physics.app-ph physics.optics
The New Phase due to Symmetry Protected Piecewise Berry Phases; Enhanced Pumping and Non-reciprocity in Trimer Lattices
寻找新相是物理学的一项基本任务。朗道的理论解释了对称破缺和相变之间的深层联系，这些相变普遍发生在磁性、超导和超流体系统中。量子霍尔效应的发现导致了Z拓扑相位，对于相同的对称性，Z拓扑相位可以是不同的，并且其特征在于Berry相位的离散值。通过研究一维三聚体晶格，我们报告了新的相位，其特征在于贝里相位是分段连续的，而不是离散的数字。在不连续点处发生相变。随着时间的变化，三聚体晶格也给出了一个二维相位，其特征在于非常特定的半周期二维Berry相位。这些Berry相位在一个相位内平滑变化，而在转变点处不连续变化。我们进一步证明了每个相位的绝热泵浦和增益辅助增强泵浦的存在。泵浦过程的非互易性使该系统成为一个良好的光学二极管。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Time-Varying Metasurfaces and Lorentz Non-Reciprocity
光学的基础方程，斯涅耳定律，涉及光穿过两种介质之间的界面的入射角和折射角。它建立在两个基本的约束上：切向动量守恒和能量守恒。当使用空间梯度相位不连续性时，通过放松经典的Snell定律光子动量守恒约束，光学超颖表面使得能够实现一种全新类别的超颖光学器件。在这里，我们表明，通过消除光子能量守恒约束时，引入时间梯度相位不连续性，我们可以进一步授权的平面光子学领域，并获得一个新的属的光学器件。通过这种方法，经典的Snell关系被发展成一个更普遍的形式，不受洛伦兹互易性的限制，因此，满足所有的要求，建设无磁光隔离器。此外，光子经历与时间梯度超颖表面的非弹性相互作用，这修改光子能量本征态并导致多普勒样波长偏移。因此，具有空间和时间梯度的超颖表面可以对大量的光子应用产生强烈的影响，并提供对光的物理特性的通用控制。
2015-07-17 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
