Light-mediated cascaded locking of multiple nano-optomechanical oscillators
从多个振荡器之间的非线性相互作用中出现的集体现象，例如同步和频率锁定，在各种各样的领域中找到应用。光机械谐振器本质上是非线性的，它将机械设备的科学资产与通过行进光实现的长距离受控相互作用的可能性相结合。在这里，我们展示了光介导的频率锁定的三个遥远的纳米光机械振荡器位于级联配置。振荡器沿着耦合波导集成在芯片上，由单个激光器光学驱动，以千兆赫频率振荡。尽管最初的频率混乱数百千赫，引导光锁定他们所有的光输出中的一个明确的过渡。实验结果由朗之万方程描述，为可扩展的级联光机配置铺平了道路。
2016-09-30 physics.optics
Optomechanical Crystals
结构化的周期性光学材料可用于形成能够分散、路由和捕获光的光子晶体。周期性弹性结构中的类似现象可用于操纵机械振动。在这里，我们提出了强耦合的光学和机械模式的设计和实验实现在一个平面，周期性的硅芯片上的纳米结构。200-太赫兹光子与千兆赫兹频率和100毫微微克质量的机械模式共定位。描述光子-声子相互作用的强度的有效耦合长度小至2.9微米，其与微小振荡器质量一起允许具有近量子限制灵敏度的纳米机械运动的全光学驱动和转导。光机械晶体具有许多潜在的应用，从射频光通信到介观力学系统中量子效应的研究。
2009-06-06 physics.optics
Gigahertz-Frequency, Acousto-Optic Phase Modulation of Visible Light in a CMOS-Fabricated Photonic Circuit
本研究在量产CMOS代工厂200mm晶圆上制造出高效可见光千兆赫兹声光调制器，通过优化光机械相互作用实现高调制深度，较现有技术显著降低驱动功率与Vₙ，为可扩展量子控制系统提供关键器件。
2025-02-11 physics.optics
A controllable two-membrane-in-the-middle cavity optomechanical system
我们报道了一个法布里-珀罗腔中有两个介质膜的光机系统。测量了这种中间两膜系统的谐振频率，得到了有趣的类带结构图。该系统对系统参数具有很强的可控性。每个膜的位置和角度可以根据需要通过将两个膜分别放置在腔内来操纵。膜的振动模式的本征频率也可以用压电单独调谐。该方案可以直接扩展到中间多膜系统，其中涉及两个以上的膜。这样一个良好的可控多膜光学机械系统提供了一个很有前途的平台，研究非线性和量子动力学现象的多模光学机械与不同的机械振荡器。
2018-12-21 physics.optics
Lithium Niobate Piezo-optomechanical Crystals
演示一种有效连接光、运动和微波的设备是经典和量子光子学的一个突出挑战。我们在这个方向上取得了重大进展，展示了一个光子晶体谐振器上的薄膜锂离子电池（LN），同时支持高- $Q$光学和机械模式，其中的机械模式压电耦合到微波。对于光机耦合，我们利用LN的光弹效应，通过优化器件参数来实现耦合率$g_0/2π\approx 120~\textrm{kHz}$。实现了导致声子激光的光机械协同性$C>1$。纳米谐振器上的电极压电地驱动光束上的机械波，然后光学地读出，允许直接观察声子带隙。测量了$η\approx10^{-8}$从输入微波端口到局部机械谐振的量子耦合效率。微波电路和电极几何形状的改进可以提高这种效率，并使集成超低功耗调制器和量子微波-光转换器更接近现实。
2019-03-03 physics.optics quant-ph
Optomechanical generation of coherent GHz vibrations in a phononic waveguide
纳米声学具有信息传递的潜力，其方式类似于光子和电子对应物。声子系统的采用受到限制，这是由于与声子的产生、操纵和检测相关的困难，特别是在GHz频率下。现有技术通常需要具有外部射频激励的压电材料，这些压电材料不容易集成到现有的CMOS基础设施中，而非压电演示效率低下。在这项工作中，我们探讨了光机械产生的相干声子在悬浮的二维硅声子晶体腔与导模约6.8 GHz。通过将空气槽到这个腔中，我们把声子波导变成一个光机械平台，利用本地化的光子模式所产生的固有的制造缺陷的力学转换。这种平台利用光对声子进行非常精细的控制，并且能够通过6.8 GHz左右的机械激光产生相干自持声子。在这样一个简单的二维CMOS兼容系统中产生高频相干机械振动的能力可能是发展声子电路源和其他固态特性的相干操纵的第一步。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Acousto-optic and opto-acoustic modulation in piezo-optomechanical circuits
声波器件为有效耦合射频（RF）场和光场提供了一个有前途的芯片级平台。在这里，我们使用一个集成的压电光学机械电路平台，利用压电和光弹性耦合机制，通过耦合到传播和本地化的2.4 GHz声波，将2.4 GHz RF波链接到194 THz（1550 nm）光波。我们演示了声光调制，谐振在光学和机械域，其中编码的RF载波上的波形被映射到光场。我们还展示了光声调制，其中光脉冲的应用门传播声波的传输。该系统在脉冲RF和脉冲光激励下的时域特性被认为是在驱动声波的不同物理路径的上下文中，并通过腔光力学的耦合模方程建模。
2016-09-28 physics.optics
Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
将电子器件与光纤网络连接是远距离传输经典和量子信息的关键。压电光机械换能器通过使用GHz频率的声振动作为介体来实现这样的接口，用于经由光机械和压电相互作用的组合将微波光子转换为光学光子。然而，尽管成功的示范，有效的压电光学机械转换仍然遥不可及，由于与混合材料集成和压电材料在量子机制下操作时增加的损耗相关的挑战。在这里，我们展示了另一种方法，在该方法中，我们致动5 GHz的声子在传统的绝缘体上硅平台。在我们的实验中，微波光子共振驱动声子晶体振荡器通过静电力实现在一个电荷偏置的窄隙电容器。机械振动随后通过声子波导传递到光机械腔，在那里它们在泵浦激光场的边带中转换成光学光子。工作在室温和大气压下，我们测量了微波到光子的转换效率为$1.8 \times 10^{-7}$在3.3 MHz的带宽，并证明了有效的相位调制与半波电压为$V_π= 750 $ mV。我们的研究结果标志着一个垫脚石量子转换与集成器件由晶体硅，这保证了高效的高带宽操作，并与超导量子位的集成。此外，由于不需要压电性或其他固有的非线性，我们的方法适用于量子技术以外的各种材料。
2022-10-24 physics.optics quant-ph
Efficient bidirectional piezo-optomechanical transduction between microwave and optical frequency
微波和光频之间经典信息和量子信息的有效相互转换是一个重要的工程挑战。由于普通材料的大的光机械响应以及将机械能局部化到微米级体积中的能力，具有千兆赫频率机械装置的光机械方法具有非常有效的潜力。然而，现有的演示遭受低光学品质因数、低电-机械转换效率和低光-机械相互作用速率的某种组合。在这里，我们展示了一个片上压电光学机械传感器，系统地解决所有这些挑战，实现近三个数量级的提高转换效率比以前的工作。我们的调制器演示了声光调制与$V_π = {0.02}$ V。我们显示了双向转换效率的$10^{-5}$与${3.3}$微瓦红失谐光泵，和$5.5\%$与$323$微瓦蓝失谐泵。需要进一步研究毫开尔文温度下的量子转导，以了解效率和增加的噪声如何受到机械耗散，热导率和热容降低的影响。
2019-09-10 physics.optics quant-ph
Dynamic modulation of photonic crystal nanocavities using gigahertz acoustic phonons
光子晶体薄膜（PCM）为光子量子线路的片上实现提供了一个通用的平面平台。一个突出的量子元件是由纳米腔和单个量子点（QD）组成的耦合系统，其形成用于精细量子信息网络的基本构建块和由单光子控制的腔量子电动力学（cQED）系统。到目前为止，没有快速调谐机制可用于在系统相干时间内实现控制。在这里，我们演示了动态调谐的单色相干声学声子形成的表面声波（SAW）的频率超过1.7千兆赫兹，一个数量级的速度比其他方法。我们解决了超过8倍的线宽的光学模式的周期性调制，同时保持空间模式分布和高品质因数。由于PCM限制光子和声子的激发，耦合光学到声学频率，我们的技术开辟了光机械晶体的相干声学控制的方式。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gallium phosphide as a piezoelectric platform for quantum optomechanics
近年来，在创造机械振荡器的量子态方面取得了非凡的进展，导致人们对这种系统在基础量子科学和应用量子科学中的潜在应用产生了极大的兴趣。一个例子是使用这些设备作为不同量子系统之间的换能器。在这方面，一个有前途的方法是建立集成的压电光学机械设备，然后耦合到微波电路。然而，光吸收、低品质因数和其他挑战到目前为止阻止了量子机制中的操作。在这里，我们设计和表征这样一个压电光机械器件制作的磷化镓，其中2.9~GHz的机械模式耦合到一个高品质因数的光学谐振器在电信波段。这种新材料的大电子带隙和由此产生的低光学吸收，与硅制造的器件相当，使我们能够证明该结构的量子行为。这不仅为实现微波和光学之间的无噪声量子转换开辟了道路，而且原则上还可以从近可见光到电信波段的光学跃迁的各种色心。
2019-09-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Modulation of Brillouin optomechanical interactions via acoustoelectric phonon-electron coupling
光学机械布里渊非线性--由行进的光子和声子之间的耦合引起--已经成为一系列强大的光学信号处理和传感技术的基础。这种相互作用的动力学在很大程度上由主体材料的弹性、光学和光弹性性质设定和限制，这些性质通常被认为是固有的和静态的。在这里，我们第一次表明，它是可行的，通过声电声子-电子耦合的透明半导体中的布里渊非线性极化率的动态重新配置。声电相互作用允许声子耗散率和速度的宽范围的可调谐性，这可能是布里渊非线性极化率中最有影响力的参数。我们开发了一个基于哈密顿的分析，产生自洽的动力学方程和噪声耦合，使我们能够探索这种声电增强布里渊（AEB）相互作用的物理，并表明它们会引起基于布里渊的光子技术的性能的显着增强。此外，我们表明，这些AEB效应可以驱动系统进入新的制度，完全相干散射类似的光学参量过程的动态，显着不同的非相干传统布里渊极限。我们提出并计算探讨了一种特殊的半导体异质结构，其中声电相互作用产生的压电声子-电子耦合。我们发现，该系统提供了必要的压电和载流子响应（$k^2\approx 6 \%$），有利的半导体材料的性能，和大的光机械限制和耦合（$|g_0|\approx8000$（rad/s）$\sqrt{\text{m}}$）足以证明这些新的AEB增强的光机械相互作用。
2021-11-02 physics.app-ph physics.optics
Release-free electro-optomechanical crystal modulator
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种结合硅中强光机械相互作用和铌酸锂高效压电效应的无释放电光机械转换器，实现了量子级别的电光机械耦合，为实用的微波-光接口提供了新途径。
2026-05-19 physics.optics quant-ph
Uncooled low-noise thin-film optomechanical resonator for thermal sensing on lithium niobate
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Ming Hsieh Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California（南加州大学明希电子与计算机工程学院）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Chandra Family Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校昌德拉家庭电子与计算机工程学院）
该研究开发了一种基于薄膜铌酸锂的紧凑光学机械共振器，实现高灵敏度热感应与无冷却红外检测。
2026-01-06 physics.optics
Injection locking of optomechanical oscillators via acoustic waves
注入锁定是一种强大的技术，用于振荡器网络的同步以及使用类似或其他类型的振荡器来控制各个振荡器的相位和频率。在这里，我们提出了第一个示范的注入锁定的辐射压力驱动的光机械振荡器（OMO）通过声波。与先前报道的技术（基于泵浦调制或调制的静电力的直接应用）相反，经由声波的OMO的注入锁定不需要光功率调制或与OMO的物理接触，并且它可以容易地在各种平台上实现。使用这种方法，我们已经锁定的相位和频率的两个不同的模式的微环形二氧化硅OMO的压电换能器（PZT）。我们已经表征了具有三种声激励配置的注入锁定OMO的行为，并且表明即使没有适当的声阻抗匹配，OMO也可以锁定到PZT并且在17 kHz以上调谐，其中仅向PZT馈送-30 dBm的RF功率。所提出的方法的高效率、简单性和可扩展性为一类新的光子系统铺平了道路，该光子系统依赖于多个OMO与单个或多个RF振荡器的同步，其应用于光通信、计量和传感。除了其实际应用之外，通过声波的注入锁定还可以用于量子光学力学的基础研究，其中OMO的热和光学隔离是至关重要的。
2017-12-08 physics.optics
Microwave-to-optical conversion with a gallium phosphide photonic crystal cavity
电致动光机械谐振器提供了一种微波和光子的量子相干双向转换的途径。这样的设备可以使量子计算机的光学互连基于量子比特在微波频率下工作。在这里，我们提出了一种新的微波到光转换的平台，包括一个光子晶体腔的单晶，压电磷化镓集成在预制铌电路上的本征硅基板。该设备利用空间扩展，侧边分辨机械呼吸模式在$\sim$ 3.2 GHz，真空光机耦合率高达$g_0/2π\approx$ 300 kHz。机械模式由集成微波电极通过逆压电效应驱动。我们估计，该系统可以实现机电耦合率的超导transmon量子位的$\sim$ 200 kHz。我们的工作代表了压电光机械接口与超导量子处理器集成的决定性一步。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Carrier-mediated optomechanical forces in semiconductor nanomembranes with coupled quantum wells
在大多数光学机械实验中，光与机械运动之间的相互作用由辐射压力介导，辐射压力由反射光子的动量转移引起。这是一种固有的弱相互作用，并且已经预测半导体中的光学产生的载流子是不同的并且潜在地强得多的力的介质。在这里，我们展示了嵌入到一个自由的纳米膜耦合量子阱中的电子空穴对引起的光机械力。我们确定的变形势和压电耦合的贡献，并观察光驱动运动约三个数量级大于预期的辐射压力。驱动振荡的幅度和相位由施加的电场控制，该电场调节载流子寿命以匹配机械周期。我们的工作不仅为在一系列实验中增强光机械相互作用开辟了前景，而且还为将机械物体与复杂的宏观量子物体（如激子凝聚体）连接起来开辟了前景。
2021-04-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Cavity piezo-mechanics for superconducting-nanophotonic quantum interface
混合量子系统是实现分布式量子网络的关键。特别是，在典型的超导量子比特频率下工作的压电力学具有低热激发的特点，并提供了一个有吸引力的平台来桥接超导量子处理器和光通信信道。然而，在低温下以足够强的强相互作用集成超导和光机械元件仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一个集成的超导腔压电光学机械平台，其中10 GHz的声子与超导和纳米光子腔中的光子同时共振耦合。受益于所实现的大的压电机械协同性（$C_\mathrm{em}\sim7$）和增强的光机械耦合的脉冲光泵，我们证明了相干相互作用在低温下通过观察有效的微波光光子转换。该混合接口在实现大规模量子通信方面迈出了实质性的一步，同时也为微波-光子纠缠和以吉赫声子为媒介的量子传感领域做出了新的探索。
2020-02-21 physics.optics quant-ph
Ultra-low-noise Microwave to Optics Conversion in Gallium Phosphide
机械谐振器由于其高的品质因数，可以作为微波和光学域中单光子界面的优良中介。然而，克服频率之间的大能量差所需的光泵可能会给转换信号增加显著的噪声。在这里，我们利用薄膜磷化镓的显着性能来演示微波和光频率之间的双向片上转换，实现了千兆赫兹频率的光机械谐振器的压电驱动。大的光机械耦合和抑制材料中的双光子吸收，使我们能够操作的设备在光机械的协同大大超过一。或者，当使用脉冲上转换泵浦时，我们证明了我们诱导少于一个热噪声声子。我们包括一个高阻抗的片上匹配谐振器调解机械负载与50欧姆的来源。我们的研究结果建立了磷化镓作为一个多功能的平台，微波和光学频率之间的超低噪声转换的光子。
2022-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Simultaneous Brillouin and piezoelectric coupling to a high-frequency bulk acoustic resonator
体声波谐振器支持鲁棒的、长寿命的机械模式，能够耦合到各种量子系统。在单独的工作中，这样的设备通过压电实现了与超导量子比特的强耦合，通过布里渊相互作用实现了与光学腔的强耦合。在这项工作中，我们提出了一种新的混合微波/光学平台，能够耦合到体声波通过腔增强的压电和光弹相互作用。该模块化可调系统实现了三维微波腔、高频体声波谐振器和法布里-珀罗腔之间的完全谐振和良好模式匹配的相互作用。我们实现了这种压电布里渊相互作用的x切石英，展示了强大的光机械相互作用和高协同性，使用光学腔增强的潜力。我们进一步展示了该器件如何作为一个双向电光机械换能器，量子效率超过$10^{-8}$，和一个可行的路径单位转换效率。高的光学灵敏度和在该系统中应用大的谐振微波场的能力也提供了一个新的工具，用于探测异常的机电耦合，我们证明通过调查（名义上中心对称）CaF $_2$和揭示寄生压电83 AM/V的这样的研究是新兴的量子技术的一个重要课题，并突出了这种新的混合平台的多功能性。
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
A two-dimensional optomechanical crystal for quantum transduction
Stanford University（斯坦福大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）
本文提出二维光声学晶体结构，通过增强热锚定降低温度限制，实现机械模式的低温冷却及强耦合 regime 的进入。
2024-06-20 physics.optics quant-ph
On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons
集成光子电路是光子量子技术和实现基于芯片的量子器件的关键部件。未来的应用需要灵活的架构来克服许多当前设备的常见限制，例如缺乏可调性或内置量子光源。在这里，我们报告的动态可重构集成光子电路，包括集成量子点（QD），马赫-曾德尔干涉仪（MZI）和表面声波（SAW）换能器直接制造在单片半导体平台上。我们演示了片上单光子产生的量子点及其亚纳秒级的动态片上控制。两个独立应用的SAW压电光学机械地旋转MZI中的单光子或光谱调制QD发射波长。在MZI中，SAW压印了一个依赖于时间的光学相位，并将量子比特旋转调制到输出叠加态。这实现了频率超过1千兆赫的动态单光子路由。最后，量子点的动态单光子控制和光谱调谐的结合实现了输入光子态的波长复用和在输出端的解复用。我们的方法可扩展到多组件集成量子光子电路，并与混合光子架构和其他关键组件，例如光子谐振器或片上检测器兼容。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Acoustoelectrically enhanced acousto-optic modulation in an integrated silicon nitride and thin film lithium niobate platform
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Yale University（耶鲁大学）
本研究首次在集成氮化硅与薄膜铌酸锂平台上实现声电增强声光调制，通过片上声电放大达60 dB，实现低功耗高效相位调制，并提出了可替代光纤延迟的声电增强光声振荡器方案。
2026-09-30 physics.optics
Optomechanical ring resonator for efficient microwave-optical frequency conversion
本文提出含光机械环形谐振器的 GaP/ZnO 混合 OMIC，利用红外光子与 GHz 声子共谐振增强微波-光转换，并实现低泵浦功率下的实测效率。
2023-11-16 physics.optics quant-ph
Cavity optomechanics with surface acoustic waves
我们报告的电光机械系统的发展的基础上的表面声波（SAW），其中具有大的光弹性敏感性的压电材料用于耦合的无线电波和光学光的SAW。在光域中，我们利用张量性质的光弹效应，以显示偏振依赖的光子SAW相互作用。本文讨论了用于耦合增强和光腔增强光子-声子散射的二维声表面波聚焦电路的结构。我们估计了系统的光机耦合率$g_0$，并讨论了未来的耦合强度的改善方向。
2017-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Resonant multi-harmonic acousto-optics for programmable frequency control of visible light in a CMOS platform
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Manzano Systems Inc.（马纳佐系统公司）
本文在CMOS平台氮化硅声光微结构中利用双谐波谐振实现可见光可编程频移，效率达50%，并具高边带抑制，克服了谐振增强与可编程性的权衡。
2026-09-23 physics.optics quant-ph
Ultrasound sensing at thermomechanical limits with optomechanical buckled-dome microcavities
我们描述了使用单片，屈曲圆顶腔超声传感器。在压缩应力薄膜叠层内的图案化分层产生具有密封和空腔区域的高精细度平凹光学谐振器。弯曲的镜子也可以作为一个灵活的膜，高度响应外部压力的变化。由于它们有效的光-声-机械耦合，在低光探询功率和适度的光学（Q ~ 10 ^3）和机械（Q ~ 10 ^2）品质因数下实现了热位移噪声限制的灵敏度。我们预测并验证了宽带（高达5 MHz）空气耦合超声检测，噪声等效压力（NEP）低至~ 30-100 $μ$ Pa/Hz ^[1/2]。这相当于超声波的力灵敏度约为2 x 10^-13 N/Hz ^[1/2]，能够探测到在空气中传播距离约为20 cm的MHz范围的信号。在水中，热噪声限制的灵敏度在很宽的频率范围内（高达~ 30 MHz）得到了证实，NEP低至~ 100-800 $μ$ Pa/Hz ^[1/2]。这些腔体表现出几乎全方位的响应，同时比类似尺寸的压电器件灵敏约3-4个数量级。它们很容易实现为大型阵列，并且自然适合于通过自由空间光束或光纤直接耦合，与竞争光学器件相比，它们提供了显着的实际优势，因此可能对医疗和工业超声成像中的几个新兴应用感兴趣。
2022-06-13 physics.ins-det physics.optics
CMOS-fabricated ultraviolet light modulators using low-loss alumina piezo-optomechanical photonic circuits
针对现有光子平台紫外损耗高、有源氧化铝PIC热光调谐存在速度与密度等局限，研究提出基于氧化铝波导和氮化铝致动器的CMOS压电光机械PIC平台，实现了320nm波段高性能可重构滤波器。
2025-05-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Multi-harmonic Quantum Dot Optomechanics in fused LiNbO$_3$-(Al)GaAs hybrids
我们制作了一个声光半导体混合器件，用于单个量子发射器和表面声波的强光机耦合。我们的器件包括一个表面声波芯片由高压电铌酸锂$_3$和GaAs基半导体薄膜与嵌入层的量子点。采用多谐波换能器，我们产生的声波铌酸锂$_3$在很宽的范围内的射频。我们监测他们的耦合和传播的半导体膜在电学和光学域。我们证明了嵌入的量子点随着频率的增加而增强的光机械调谐。这种效果通过我们的装置几何形状的有限元建模来验证，并且归因于半导体膜内的声场的增加的局部化。对于中等高的声学频率，我们的模拟预测强大的光机耦合，使我们的混合器件非常适合于基于半导体的量子声学应用。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Optomechanical cavities based on epitaxial GaP on nominally (001)-oriented Si
本文提出在名义(001)取向Si上外延GaP并通过低温刻蚀和选择性硅刻蚀两步工艺直接制备光机械腔，避免晶圆转移键合，实验获得10³–10⁴光学品质因子和约3.1 GHz机械谐振，验证了低成本集成方案。
2024-03-28 physics.app-ph physics.optics
GHz helical acoustic drum modes on a chip
本文提出利用压电谐振器激发GHz膜状鼓膜模式，通过横向反射实现声学限制，并产生可调螺旋性，为片上光机械手性功能提供灵活平台。
2025-02-28 cond-mat.other physics.optics
Room-temperature silicon platform for GHz-frequency nano-electro-opto-mechanical systems
纳米光电机械系统使电、机械和光信号在芯片上协同共存，以实现新的功能。迄今为止，为制造这些系统而提出的大多数技术平台与主流CMOS技术不完全兼容，从而阻碍了大规模利用。我们已经开发了一个CMOS技术平台的纳米电-光-机械系统，包括压电叉指换能器的机械信号的电子驱动和纳米晶硅纳米梁增强光机的相互作用。室温下操作的设备在2 GHz和峰值灵敏度下降到2.6腔声子的演示。我们的原理验证技术平台可以与硅光子学、电子学和MEMS器件集成和接口，并可以在经典和量子领域实现相干信号处理的多种功能。
2021-10-18 physics.app-ph physics.optics
Optically heralded microwave photons
一个能够分配和处理纠缠的量子网络将使强大的新计算机和传感器成为可能。频率为几百太赫兹的可见光子也许是长距离传播量子信息的唯一途径。另一方面，超导量子比特是实现大规模量子机器的最有前途的方法之一，它自然地在微波光子上运行，其能量大约是$40,000$的$40,000$倍。为了在可感知的距离上将这些量子机器联网，我们必须弥合这个频率差距，并学习如何在电磁波谱的不同部分产生纠缠。在这里，我们实现并演示了一个换能器设备，可以产生光学和微波光子之间的纠缠，并使用它来表明，通过检测一个光子，我们添加一个单光子的微波场。我们通过使用千兆赫纳米机械谐振作为中介，并通过强大的光机械和压电相互作用将其有效地耦合到光学和微波通道来实现这一点。我们示出了具有$5\%$频率转换效率的换能器的连续操作，以及在$15$赫兹的预示速率下的脉冲微波光子产生。器件中的光吸收产生小于两个微波光子的热噪声。对来自一对换能器的可见光子的联合测量将实现远距离微波频率量子节点之间的纠缠产生。在这样的网络中实现高速率的纠缠生成所必需的系统效率和设备性能的改进是触手可及的。
2022-10-19 physics.optics quant-ph
