Strong coupling and long-range collective interactions in optomechanical arrays
我们调查的集合内的法布里-珀罗谐振腔的散射体的集体光学力学，并确定一个优化的配置，其中合奏是透射的，与通常的反射光学力学的方法相比。在这种配置中，特定集体机械模式的光机械耦合可以比单元件情况大几个数量级，并且由于光渗透整个阵列，因此可以在不同元件之间产生长程相互作用。这种新的机制实际上应该允许实现与大质量谐振器的强单光子光机械耦合，实现混合量子接口，并利用原子或机械振荡器阵列中的集体长程相互作用。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Multimode oscillation and its route to chaos in transverse-mode-coupled optomechanical resonators
Basic Research Laboratories, NTT, Inc.（NTT公司基础研究实验室）
本文展示横模耦合光机平台，通过工程化机械模式抑制低阶内共振，实现稳定多模振荡，并观察拍频分数化及混沌，为高维非线性动力学提供可扩展平台。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Collectively-enhanced optomechanical coupling in periodic arrays of scatterers
本文研究了放置在光学腔中的相同散射体的周期性阵列的光学力学性质，推广了[A.雪雷布角Genes和A. Dantan，Phys. Rev. Lett. 109，223601（2012）]。我们表明，在该阵列是透射的结果在线性光机械耦合强度之间的腔场和集体运动模式的阵列，可能是几个数量级大于可能与等效的反射合奏的点操作。我们详细描述和解释这些效应，并研究在各种制度的不同透射点的耦合强度的标度律的性质。
2013-11-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Single-molecule strong optomechanical regimes in SERS via hybrid plasmonic cavities
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Condensed Matter Physics Center (IFIMAC)（凝聚态物理中心（IFIMAC））；Instituto Nicolás Cabrera（尼古拉斯·卡布雷拉研究所）
该研究利用混合等离激元腔实现单分子强光力学 regime，通过特定模式照射观测到SERS光谱增强分裂，计算二阶光子关联以表征非经典特性，为SERS领域提供了新的光力学调控方案。
2026-11-11 cond-mat.mes-hall 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
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
Nonlocal inelastic scattering of light: Enhanced and noiseless signals in remote-coupled optomechanical systems
物质系统的非弹性散射，如拉曼散射，包含了丰富的机械振动信息，如共振频率，这导致了各种应用，例如，特定分子的传感器。然而，观察输出信号需要灵敏的设置，因为非弹性信号本质上是弱的，并且受到强输入的干扰。在这项研究中，我们从理论上研究了一种物理方案，以避免有害的影响，通过远离它的发射器和大大提高输出信号的输入。如果两个物体之间存在机械耦合，并且禁止直接的光通信，则非局域非弹性散射信号会显著增强。我们证明了这种机制，考虑耦合光机系统作为一个典型的例子，使控制的两体相互作用的强度。结果提出了一个一般的计划，以提高非局部非弹性散射的无噪声和纯信号。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coherent mechanical noise cancellation and cooperativity competition in optomechanical arrays
研究多个耦合机械谐振器之间的相互作用是光力学领域一个很有前途的新方向。了解相互作用的动力学可以产生丰富的新效应，例如增强耦合和多体物理。特别地，多谐振器光学机械系统允许由于光学腔相干耦合机械谐振器而引起的不同的动态效应。在这里，我们研究了两个SiN膜和一个单一的光学模式的机械响应，并发现腔诱导的本地和腔转导的谐振器所经历的热噪声之间的时间延迟。这导致光学机械相位滞后，导致相消干涉，以可控的方式抵消机械热噪声高达20 dB，符合我们的理论预期。膜之间的有效耦合的基础上，我们进一步提出，推导和测量的集体效应，协同竞争的机械耗散，其中一个谐振器的线宽取决于其他谐振器的耦合效率（协同）。
2022-02-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Molecular cavity optomechanics: a theory of plasmon-enhanced Raman scattering
等离子体激元增强拉曼散射的传统解释将这种增强归因于天线效应，将电磁场聚焦到亚波长体积中。在这里，我们介绍了一个新的模型，另外占的等离子体分子相互作用的动力学和相干性，从而揭示了一个增强机制没有考虑之前：动态反作用放大分子振动。我们首先将问题映射到腔光力学的正则模型上，其中分子振动和等离子体激元是\textit{parametrically coupled}。从分子的拉曼活性和等离子体激元场分布计算了光机耦合率，并由此导出了拉曼截面。当等离激元衰减速率与振动频率相当或小于振动频率并且激发激光器从等离激元蓝失谐到振动边带上时，所产生的延迟反馈力可以导致分子振动的有效参数放大。光学力学理论提供了一个定量的框架，计算增强的横截面，恢复已知的结果，并使新的系统，利用动态反作用，以实现额外的，模式选择性增强的设计。它产生了一个新的理解等离子体增强拉曼散射，并开辟了一条道路，分子量子光学力学。
2015-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exploiting vibrational strong coupling to make an optical parametric oscillator out of a Raman laser
当有机分子中的振转态与受限电磁模的集体耦合足够强时，系统进入振动强耦合，导致杂化轻物质准粒子的形成。在这项工作中，我们从理论上证明了如何结合受激拉曼散射这种杂交可以用来扩大拉曼激光器件的能力。我们探讨了在什么条件下，激光阈值可以降低，系统可以转化为光学参量振荡器。最后，我们展示了如何戏剧性地减少到两个集体激发的许多最终的分子状态，可以用来创建一个全光开关，在中红外输出。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Engineering long-lived vibrational states for an organic molecule
分子的光力学性质是拉曼光谱在一个世纪前发现的。今天，分子是高性能量子光学机械平台的有希望的竞争者，因为它们的小尺寸和大能级分离使它们在本质上对热搅动具有鲁棒性。此外，化学合成的精度和产量可以确保量子技术应用的可行路线。然而，挑战在于分子振动与环境声子的耦合将它们的相干性限制在皮秒时间尺度。在这里，我们通过对其周围环境的声子工程将分子的光学机械质量提高了几个数量级。通过给分子穿上其纳米环境中长寿命的高频声子模式，我们实现了毫秒时间尺度的光子存储和检索，并允许光力学中出现单光子强耦合。我们的策略可以扩展到分子光机网络的实现。
2021-04-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonresonant optomechanical control of structural phases
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；University of Washington（华盛顿大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本研究将非共振光机械原理应用于硒化锡，通过时域拉曼散射等实验证实其可诱导新结构相形成，为合成隐藏结构相提供了新方向。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybrid cavity-antenna architecture for strong and tunable sideband-selective molecular Raman scattering enhancement
本文提出一种耦合可调法布里-珀罗微腔与等离激元纳米立方体天线的混合架构，通过模式杂化实现窄带共振，在保持强拉曼散射增强的同时实现对分子振动谱线的选择性寻址，为分子光机械学动态反作用奠定基础。
2023-06-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Continuous-Wave Frequency Upconversion with a Molecular Optomechanical Nanocavity
频率上转换是电磁信号处理、分析和检测的基石。它用于将能量和信息从一个频域传输到另一个频域，其中传输，调制或检测在技术上更容易或更有效。光机转换是一种灵活的相干频率上转换方法，它已成功地证明了从无线电和微波（kHz到GHz）的光场转换。然而，多太赫兹和中红外信号的光机械转换仍然是一个开放的挑战。在这里，我们利用分子腔光学力学来演示在环境条件下，在$\sim$ 32~THz的亚微瓦连续波信号到可见光域的上转换。该装置包括一个容纳少量分子的等离子体纳米腔。入射场共振驱动集体分子振动，这在可见泵浦激光器上压印了光机械调制，并导致斯托克斯和反斯托克斯上转换拉曼边带具有亚自然线宽，表明相干过程。与自由空间相比，纳米腔提供了13个数量级的每分子上转换效率的增强，测量的声子-光子内部转换效率大于每毫瓦泵浦功率的$10^{-4}$。我们的研究结果建立了一个灵活的范例，光机械频率转换使用分子振荡器耦合到等离子体纳米腔，其振动和电磁特性可以定制的意愿，使用化学工程和纳米纤维。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonreciprocal Control of Spatiotemporal Floquet Dynamics in Levitated Optomechanical Arrays
Center for Quantum Technology Research and Key Laboratory of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurements (MOE), School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院量子技术研究中心与先进光电子量子架构及测量教育部重点实验室）；Beijing Key Laboratory of Quantum Matter State Control and Ultra-Precision Measurement Technology, School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院量子物质态控制与超精密测量技术北京市重点实验室）；Department of Applied Physics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学应用物理系）
该研究针对悬浮光机械阵列，利用非互易环实现了保持时间锁定的空间相位控制，揭示了空间相位漂移与光谱分裂的对应关系，为驱动光机械系统的时空动力学调控提供了新途径。
2026-10-16 physics.class-ph physics.optics
A superradiant laser based on two-photon Raman transition of caesium atoms
我们提出了一个超辐射激光器的基础上的双光子拉曼跃迁的铯-133原子，集体发射光子的超窄跃迁到一个低Q谐振腔模式称为光学坏腔制度。证明了自旋-自旋关联是集体效应的特征。我们理论上预测光辐射在98（1）*10-2 mHz范围内具有极窄的线宽，由于集体效应小于跃迁本身，并且7（1）*10-10 W的功率水平是可能的，这可以为实现具有毫赫兹线宽的光时钟提供可能的新途径。
2013-12-02 physics.optics
Optomechanical Synchronization across Multi-Octaves Frequency Spans
可扩展振荡器微系统中同步的实验探索揭示了对网络，集体现象和信号处理的更深入理解。腔光学机械设备在这种情况下发挥了重要作用，通过非线性经典和量子同步概念桥接光学和射频。在其最简单的形式中，同步发生在振荡器被频率接近振荡器音调的信号携带时，并且随着它们的频率失谐增加而变得越来越具有挑战性。在这里，我们实验证明夹带的氮化硅光机械振荡器驱动到其32 MHz的基频的四次谐波。为了探索这种效应，我们还首次通过实验演示了一种纯光机械RF分频器，其中我们执行了高达4：1比率的分频，即，从128 MHz到32 MHz进一步的发展可以利用这些影响，走向频率合成器，相敏放大和非线性传感。
2021-09-24 physics.optics
Coherent Optomechanical State Transfer between Disparate Mechanical Resonators
混合量子系统已经被开发出各种机械，光学和微波谐振子。耦合产生了丰富的相互作用库，包括双模压缩，交换相互作用，反作用逃避和热控制。在多模机械系统中，不同尺度（频率和质量两者）的耦合谐振器利用每个谐振的优点。举例来说：一个高频的、容易操纵的谐振器可以与一个低频的大质量物体纠缠在一起，用于引力退相干的测试。在这里，我们展示了两个空间和频率分离的谐振腔之间的相干光机械状态交换的质量比为4。我们发现，通过使用两束远失谐的激光，通过一个非常类似于原子物理学中的STIRAP（受激拉曼绝热通道）的过程，有效的状态转移是可能的。虽然演示是经典的，但同样的技术可以用来在量子体系中产生振荡器之间的纠缠。
2017-04-07 physics.optics quant-ph
Amplifying Frequency Up-Converted Infrared Signals with a Molecular Optomechanical Cavity
针对分子光机械耦合实现的频率上转换红外信号强度弱、检测难的问题，提出利用分子集体模式强耦合增强与斯托克斯边带泵浦的放大机制，可将信号强度提升千倍以上，为红外转可见光提供可行方案。
2024-04-16 physics.optics quant-ph
Topological lattices realized in superconducting circuit optomechanics
腔光学力学能够通过辐射压力相互作用控制机械运动，并有助于工程机械系统的量子控制，从kg级LIGO反射镜到纳米机械系统，实现基态制备，纠缠，机械物体的挤压，在标准量子极限和量子转换的位置测量。然而，几乎所有的现有方案都采用单模或少模光学机械系统。相比之下，新的动力学和应用时，预期利用光机械晶格，这使得能够合成非平凡的能带结构，并已在电路QED领域的积极研究。超导微波光机电路是实现这种晶格的一个有前途的平台，但受到严格的缩放限制。在这里，我们克服了这一挑战，并证明拓扑微波模式在1D电路光机链实现苏-施里弗-海格尔（SSH）模型。此外，我们实现了应变石墨烯模型在二维光机械蜂窝晶格。利用嵌入式光机相互作用，我们表明，它是可以直接测量的模式函数的杂交模式，而不使用任何本地探针。这使我们能够重建完整的基础晶格哈密顿量，并直接测量现有的剩余无序。这种光机晶格，伴随着测量技术的介绍，提供了一个途径，探索集体，量子多体，淬火动力学，拓扑性质，更广泛地说，新兴的非线性动力学在复杂的光机系统与大量的自由度。（关键词：量子光学力学，超导电路机电）
2022-08-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Generation and delayed retrieval of spatially multimode Raman scattering in warm rubidium vapors
我们应用集体拉曼散射在温暖的铷-87蒸气中产生，存储和检索空间多模光。光在自发斯托克斯散射过程中产生。这伴随着在原子系综中产生对应的集体激发--自旋波。在一定的存储时间后，我们相干地将自旋波转换为确定性反斯托克斯散射中的光。整个过程可以看作是延迟的四波混频，它产生成对的相关的、延迟的随机图像。由于使用了缓冲气体，可以存储高达微秒的高阶空间模式。我们研究了铷原子在不同缓冲气体中的拉曼散射、集体激发的存储和恢复特性，着重研究了空间效应以及铷原子扩散引起的退相干的影响。我们通过分析远场散射光部分之间强度波动的统计相关性来量化创建和检索的模式数量。
2014-05-17 physics.optics quant-ph
Measurement-Induced Collective Vibrational Quantum Coherence under Spontaneous Raman Scattering in a Liquid
针对液体中自发斯托克斯散射后分子系综的量子态描述问题，本文通过时间分辨斯托克斯–反斯托克斯双光子符合测量证明其为集体振动量子相干叠加而非个体激发混合态。
2022-10-01 physics.optics quant-ph
Quantum well photoelastic comb for ultra-high frequency cavity optomechanics
在量子极限下工作的光机械设备为超灵敏地确定质量和位移以及更广泛的量子技术领域开辟了新的前景。获得更高的频率意味着在更高的温度下工作和对环境噪声的更强的抗扰性。我们提出并证明了一种新的量子阱光弹梳的概念，用于半导体混合谐振器中数百GHz的光与光机械谐振的有效耦合。一个专门设计的超高分辨率拉曼光谱设置被用来证明转移的光谱权重从模式在60 GHz的模式在190-230 GHz，对应于$8^{th}$和$10^{th}$泛音的光-声腔的基本呼吸模式。在不减小光学机械常数$g_0$的情况下，获得了比替代方法大两个数量级的机械频率的耦合。光机械耦合的波长依赖性进一步证明了共振光弹相互作用的作用，突出了进入强耦合制度的潜力。实验结果表明，电致伸缩力允许优化的装置的设计，以选择性地耦合到特定的机械模式。我们的提议为实现适用于量子和超高频信息技术的新方法开辟了令人兴奋的机会。
2018-12-19 physics.optics
Noise-Limited Sensitivity in Cavity Optomechanical Molecular Sensing Enabled by Quantum Zero-Point Displacement Coupling and Strong Photon-Phonon Interaction for Chiral Detection
本文提出多层混合等离激元-机械谐振器的量子极限光机械平台，利用零点运动与强光子-声子耦合实现亚皮牛力噪声下的手性分子实时区分。
2025-07-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Self-organized synchronization of phonon lasers
自组织同步是一种普遍存在的集体现象，其中每个单元通过相互作用调整其节奏以实现同步。光机系统由于其固有的工程非线性，提供了一个理想的平台，研究自组织同步。在这里，我们展示了自组织同步的声子激光器中的两个膜在中间的光学机械系统。通过对单个膜的探测，可以实时监测到系统的同步过程，表明系统通过环生分岔线进入同步区。直接观察到锁相现象和同相区与反相区之间的转变。此外，这样的系统极大地促进了可控的同步状态，从而通过调节系统参数实现了声子存储。这一结果为进一步研究长距离多谐振腔光力学中的多体集体行为迈出了重要的一步，并可能在量子信息处理和复杂网络中找到潜在的应用。
2020-04-20 nlin.AO physics.optics
Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP) as a Route to Achieving Optical Control in Plasmonics
采用自洽模型研究了三能级量子辐射体与等离子体系统耦合的光学性质。结果表明，受激拉曼绝热通过（STIRAP）技术可以成功地用于控制具有集体效应的杂化材料的光学性质，并在光-物质相互作用中发挥重要作用。我们考虑了一个核-壳纳米线组成的银核和耦合量子发射器的外壳，并利用STIRAP计划来控制这种系统的散射效率在频率和空间依赖的方式。在STIRAP诱导的粒子数向终态的转移发生后，核壳纳米线表现出两组Rabi分裂，Fano线型表明在等离子体近场驱动下两种不同原子跃迁之间存在强相互作用.
2012-08-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Photon--Matter Quantum Correlations in Spontaneous Raman Scattering
我们开发了一个哈密顿形式主义，研究能量和位置/动量之间的相关性，一个单一的斯托克斯光子和一个单一的材料激发，作为一对在自发拉曼散射过程中创建。我们的方法可以直观地分离光谱线宽，色散，和收集角度对这些相关性的影响，我们比较模型的预测实验。这些结果对拉曼散射在依赖于光谱非纠缠光子和集体激发的量子协议中的应用具有重要意义。
2019-09-24 physics.optics quant-ph
Hybrid modes in multilayer/antenna architecture set sideband-selective molecular Raman scattering
本文研究了一种表面具微米特征的混合多层结构，通过表面等离激元极化激元与天线模式杂化实现高Q因子，显著提升了无标记传感的灵敏度，并在BSA蛋白检测中验证了其表面增强拉曼散射的传感性能。
2024-04-23 physics.optics
Collective-motion-enhanced acceleration sensing via an optically levitated microsphere array
提出基于光悬浮微球阵列的加速度传感方案，利用集体模式与腔耦合编码加速度信息，相比单微球方案灵敏度提升√N倍。
2023-03-13 physics.optics
Squeezing light with optomechanical and spin-light quantum interfaces
本研究通过超冷原子自旋系综和微机械薄膜两种系统，利用光-物质量子界面实现光的压缩，获得高量子协作性，为混合量子系统及远程量子态转移和纠缠生成奠定基础。
2025-10-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Cavity optomechanics with cold atoms
几十年来，由于物体与光的相互作用而对物体产生的机械影响一直是原子物理学的中心课题。因此，人们发现，许多概念开发来描述腔光学机械系统与固态机械振荡器也平行开发有关冷原子物理学。我描述了几个这些想法从原子物理学，包括光学方法检测量子态的单个冷原子和原子系综，单原子腔量子电动力学内的运动效应，集体光学效应，如超辐射瑞利散射和腔冷却的原子系综。我提出了几个实验实现的腔光学力学中，原子系综作为机械元件。这些被分为通过将光发送到腔输入镜（“腔泵浦”）或通过将光发送到原子系综（“侧泵浦”）来驱动的系统。腔泵浦系统清楚地展示了腔光机系统的关键现象，包括腔辅助位置传感，相干反作用效应，如光学弹簧和腔冷却，以及光机双稳态;其中几种效应不仅被检测到线性，而且被检测到二次光机耦合。原子系综与机械扰动的极端隔离，以及其在原子共振频率附近的强极化性，使这些光机系统对量子辐射压力波动高度敏感。我描述了几种实验观察到这些波动的方法。最后，我考虑侧抽运腔的腔光学力学方面的实验，补充这些系统的凝聚态物理的概念，如量子相变和超固体最近的治疗。
2012-04-17 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
