Optomechanical microwave amplification without mechanical amplification
高增益、低噪声信号放大是各种低温微波实验的重要手段。微波光机械装置是一种能够以高增益和大动态范围放大微波信号的技术，其中振动电容器调制微波谐振腔的频率。这种光机械放大器通常依赖于微波光子对在光机械的边带分辨极限中实现的机械模式的强反作用。在这里，我们观察到微波放大的光机械腔中的极端未解决的边带限制。观察到一个大的增益的任何失谐的单泵音内的腔线宽，一个明确的指示，放大是不是由动态反作用引起的。通过能够放大泵浦信号的任何失谐，放大中心频率可以在宽腔线宽的整个范围内调谐。此外，通过提供微波放大没有机械放大，我们预测，使用该方案，它是可能实现近量子限制的微波放大，尽管一个大的热占据的机械模式。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Low-noise amplification and frequency conversion with a multiport microwave optomechanical device
工作在量子极限附近的电磁信号的高增益放大器对于量子信息系统和超灵敏量子测量至关重要。然而，现有的技术具有有限的增益带宽积，并且仅在弱输入信号下工作。在这里，我们展示了一个两端口的光机械方案的微波信号的放大和路由，同时进行高增益放大和频率转换的量子制度的系统。我们的放大器，实现在一个双腔微波光学机械设备，显示41分贝的增益，并具有高动态范围，处理输入信号高达每秒$10^{13}$光子，三个数量级以上的相应约瑟夫森参量放大器。我们表明，虽然有源介质，机械谐振器，是在远离量子极限的高温下，只有4.6量子的噪声被添加到输入信号。我们的方法可以很容易地应用于各种光学机械系统，包括混合光学微波系统，在量子水平上创建一个通用的信号中心。
2016-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-limited amplification and parametric instability in the reversed dissipation regime of cavity optomechanics
腔光机械现象，如冷却，放大或光机械诱导的透明度，出现由于参数耦合的电磁和机械谐振器的耗散率的强烈不平衡。在这里，我们分析了反向耗散制度的机械能弛豫率超过电磁腔的能量衰减率。我们证明，这种机制允许电磁模式的机械诱导放大（或冷却）。增益，带宽，和增加的噪声，这种电磁放大器的推导和比较，在正常的耗散制度的放大。此外，我们还分析了参量不稳定性，即光机械布里渊激光，并将其与传统的光机械声子激光进行了对比。最后，我们提出了一个实验方案，实现了反向耗散制度，使用参数耦合和光学机械冷却与第二电磁模式，使量子限制放大。高Q超导微波谐振器的最新进展使反向耗散机制在实验上成为可能。
2014-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Avalanche amplification of a single exciton in a semiconductor nanowire
连接单光子和电子是远程固态量子比特之间共享量子信息的关键因素。半导体纳米线提供了将光量子点与雪崩光电二极管相结合的独特可能性，从而能够将入射的单光子转换为宏观电流，以进行有效的电检测。目前，需要数百万个激发事件来执行激子量子位状态的电读出。在这里，我们演示了载流子的倍增，从一个量子点中产生的单个激子隧穿到纳米线雪崩光电二极管。由于电子和空穴的放大率都很大（> 10 ^4），我们将电学检测量子点中产生的单个激子所需的激发事件数量减少了四个数量级。这项工作代表了一个重要的一步，单次电读出，并提供了一个新的功能，片上量子信息电路。
2012-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realization of directional amplification in a microwave optomechanical device
微波信号的定向传输或放大在涉及敏感测量的各种应用中是必不可少的。在这项工作中，我们在实验中展示了如何使用一个通用的腔光学机械设置，以非相干放大微波信号在一个方向上超过3 GHz的9分贝，并同时衰减在相反方向的传输21分贝。我们使用的装置包括两个片上超导谐振器和两个金属鼓膜机械振荡器。四个微波泵浦音调频率的应用允许根据传播方向为信号音调设计相长干涉或相消干涉。该器件还可以配置为具有无损非互易传输和18 dB隔离的隔离器。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Amplification and passing through the barrier of the exciton condensed phase pulse in double quantum wells
研究了金属电极缝隙下半导体双量子阱中激子凝聚脉冲运动的特点及其控制的可能性。凝聚相被认为是唯象的自由能在朗道-金兹伯格形式考虑激子寿命的有限值。结果表明，在外加线性势的作用下，激子凝聚相脉冲沿狭缝方向运动，在激子寿命期间，激子凝聚相脉冲的最大密度保持不变，而激子气相脉冲则变得模糊不清.研究了激子凝聚相脉冲穿透势垒和被势垒阻止的过程。另外，通过外加一个激光脉冲，可以使凝聚相中的激子脉冲放大并在衰减后恢复。在稳态辐照下，发现了电极缝下双量子阱中激子系统的亮、暗自孤子解。
2013-09-05 cond-mat.mes-hall
Strain-induced exciton decomposition and anisotropic lifetime modulation in a GaAs micromechanical resonator
我们演示了激子寿命的机械调制，通过使用砷化镓（GaAs）谐振器的振动应变。应变诱导调制具有各向异性的晶体取向依赖性，这揭示了这些调制的起源是压电效应。数值分析的基础上的隧道模型澄清，机械应变调制的内部电场和空间分离的电子和空穴，导致非辐射激子分解。这种载流子分离还产生从光子到谐振器的光机械反作用力。因此，这些结果表明，机械运动可以通过激子衰变进行自调制，这使得人们能够控制谐振器的热噪声，并在固态系统中提供光子-激子-声子相互作用。
2019-01-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bragg Polaritons: Strong Coupling and Amplification in an Unfolded Microcavity
在一维布喇格结构中周期性地引入量子阱可以增强激子与电磁布洛赫波的相干耦合。我们证明了量子阱激子与光子晶体布拉格模在光子带隙边缘的强耦合，从而产生混合布拉格极化激元本征态。由此产生的布拉格极化激元分支与理论符合得很好，并允许演示布拉格极化激元参量放大。
2011-01-27 cond-mat.mes-hall
Entangling Excitons with Microcavity Photons
本文提出在激子-光力学系统中通过非线性色散相互作用，利用斯托克斯与反斯托克斯边带共振，在弱或强耦合区分别实现激子与光子或激子极化激元间的稳态三体纠缠，并有望在室温下实现。
2024-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Strong-coupling effects in dissipatively coupled optomechanical systems
在本文中，我们研究腔光学机械系统中的机械振荡器的位置调制的谐振频率（色散耦合）和线宽（耗散耦合）的腔模式。利用量子噪声方法计算了光阻尼和光致频移。我们发现，耗散耦合系统具有两个参数区域提供放大和两个参数区域提供冷却。为了研究强耦合机制，我们精确求解线性化的运动方程并计算机械光谱和光谱。除了签名的正常模式分裂是类似的情况下，纯粹的色散耦合，光谱包含一个惊人的功能，我们追溯到法诺线形状的力谱。最后，我们表明，纯粹的耗散耦合可以导致光机械诱导透明，这将提供一个方便的实验方法来观察正常模式分裂。
2013-05-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Unifying Brillouin scattering and cavity optomechanics
到目前为止，布里渊散射和腔光学力学大多是不相关的研究分支-尽管两者都涉及光子-声子耦合。这就要求发展一个包含这两个领域的更广泛的理论。在这里，我们从布里渊有源波导的动力学推导出光机械腔的动力学。这种明确的转变阐明了布里渊放大和电磁感应透明等现象之间的联系。证明了腔光力学中常见的效应都有行波伴，但反之则不然。我们揭示了在这些领域中的两个重要参数之间的密切联系：布里渊增益系数和零点光机耦合率。这使得不同的系统之间的比较超冷原子云，等离子体拉曼腔和纳米硅波导。此外，信封背面的计算表明，未观察到的效果，如光子辅助放大的旅行声子，现在可以在现有的系统。最后，我们制定电路和腔面向光学力学的真空耦合率，合作和增益系数，从而反映了在基础物理的相似性。
2016-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced nonlinear interactions in quantum optomechanics via mechanical amplification
我们提出了一种方法，指数增强的光机械系统中的单光子耦合强度，只使用额外的线性资源。它允许人们达到光力学的量子非线性区域，其中在单光子水平上观察到非线性效应，即使裸耦合强度远小于机械频率和腔阻尼率。我们的方法是基于使用一个大振幅，强烈失谐的机械参数驱动放大机械零点波动，从而提高辐射压力的相互作用。它还具有允许时间相关控制的好处，从而实现脉冲方案。对于一个双腔光学机械装置，我们表明，我们的计划产生的光子封锁的实验可访问的参数，甚至使生产的光子态与负维格纳函数的可能。我们讨论了如何我们的方法是一个例子，一个更一般的策略，增强玻色子介导的两粒子相互作用和非线性。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical coupling between a multilayer graphene mechanical resonator and a superconducting microwave cavity
由诸如石墨烯的二维晶体制成的机械谐振器的低质量密度、高频率和高品质因数的组合使得它们对于力感测/质量感测中的应用以及探索机械运动的量子机制具有吸引力。具有超导腔的微波光力学提供了精确的位置灵敏度，并且能够在量子基态中制备和检测机械系统。在这里，我们展示了一个多层石墨烯谐振器与高$\textit{Q}$超导腔之间的耦合，其品质因数高达220，000。利用热机械噪声作为校准，我们实现了17 fm/ $\sqrt{\text{Hz}}$的位移灵敏度。光机械耦合表现为光机械诱导反射（OMIR）和吸收（OMIA）的微波光子。我们观察到17分贝的机械微波放大和强大的光机械反作用的签名。我们提取的协同$C$，耦合强度的表征，定量地从测量没有自由参数，并找到$C=8$，有希望的石墨烯运动的量子制度。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall
Strain-assisted optomechanical coupling of polariton condensate spin to a micromechanical resonator
我们报告的自旋和强度耦合的激子极化激元凝聚体的机械振动的圆形膜微腔。我们以最低的机械共振频率光学驱动微腔谐振器，同时在微腔上的不同位置产生光学捕获的自旋极化激元凝聚体，并观察凝聚体在谐振器的振动频率下的自旋和强度振荡。自旋振荡是由振动应变驱动引起的，而由于膜的位移引起的光阱的调制引起冷凝物发射的强度振荡。我们的结果表明自旋声子耦合在宏观相干凝聚。
2018-02-15 cond-mat.mes-hall
Amplification of interlayer exciton emission in twisted WSe$_2$/WSe$_2$/MoSe$_2$ heterotrilayers
本研究制备不同扭转角的WSe$_2$/WSe$_2$/MoSe$_2$异质三层膜，通过引入额外WSe$_2$单层提供新吸收与载流子传输路径，实现层间激子发射超一个数量级增强，为二维量子材料光电子应用提供支撑。
2023-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Cavity Optomechanics with Quantum-well Exciton Polaritons
嵌入量子阱的半导体微谐振器可以同时容纳紧密受限且相互作用的激子，光学和机械模式。我们从理论上研究了系统在强激子-光子耦合制度下工作的情况，而光学和激子共振通过与机械模式的相互作用进行参数调制。由于大激子-声子耦合在半导体中发挥作用，我们预测的增强极化激子-声子相互作用的两个数量级相对于光机械耦合：一个接近统一的单极化激子量子合作是在当前的半导体谐振器平台的范围内。我们进一步分析了极化激元非线性如何影响动力学反作用，修改冷却或放大机械运动的能力。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exciton-assisted optomechanics with suspended carbon nanotubes
我们提出了一个基于形变势激子-声子耦合在悬浮碳纳米管中诱导强光机效应的框架。使用非均匀轴向电场限制激子，该电场产生具有在毫电子伏范围内的能级间隔和在10纳米范围内的特征尺寸的光学活性量子点。横向场诱导量子点与纳米管弯曲模之间的可调参量耦合，该耦合由电子-声子相互作用介导。我们推导出相应的激子变形势，并表明这种相互作用使有效的光学基态冷却的基模，并可以让我们实现强和超强耦合制度的Jaynes-Cummings和拉比模型。
2012-11-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polariton resonances for ultra-strong coupling cavity optomechanics in GaAs/AlAs multiple quantum wells
利用共振布里渊实验研究了GaAs/AlAs多量子阱中极化激元介导的光-声相互作用。在激子极化激元共振光弹耦合增强达到105在30 K相比，一个典型的散装固体室温下的透明度值。当应用于GaAs基腔光机械纳米器件时，这一结果为巨大的位移灵敏度和新颖的超强耦合腔现象开辟了道路，光机械耦合g 0在100 THz的范围内。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall
Suppression and amplification of phonon sidebands in transition metal dichalcogenides by optical feedback
本文研究通过光学反馈调控TMDCs中非马尔可夫激子-声子散射，结合微观布洛赫方程与宏观波动方程自洽求解，提出增强或抑制MoSe₂声子边带的两种方案。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonreciprocal Photon Transmission and Amplification via Reservoir Engineering
我们讨论了一个一般的方法来构建非互易，基于腔的光子器件，匹配一个给定的相干相互作用与相应的耗散对应物的基础上，我们的方法概括了级联量子系统理论中使用的基本结构，并可以呈现一个非常广泛的类的相互作用方向。与标准的基于干扰的方案相比，我们的方法允许在宽带宽上的定向行为。我们展示了如何可以用来设计隔离器和定向，量子限制放大器。我们将详细讨论如何使用这种一般方法来构造一个定向的、无噪声的相敏放大器，它不受任何基本增益带宽约束的限制。我们的方法特别适合于使用超导微波电路和光机系统的实现。
2015-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable phononic coupling in excitonic quantum emitters
设计基本量子激发之间的耦合是量子科学和技术的核心。一个重要的例子是量子光源的产生，其中单光子和声子之间的耦合可以被控制和利用，以实现量子信息转换。在这里，我们报告的确定性创建的量子发射器具有高度可调的激子和声子之间的耦合。量子发射体形成在均双层半导体WSe 2中产生的应变诱导量子点中。量子限制层间激子和太赫兹层间呼吸模式声子的共定域，直接调制激子能量，导致一个独特的强声子耦合到单光子发射。层间激子发射的单光子谱具有>83%的单光子纯度和多个声子副本，每个声子副本预示着量子发射体中声子Fock态的创建。由于层间激子的垂直偶极矩，声子-光子相互作用在很宽的范围内是电可调的，有望达到强耦合区。我们的研究结果表明，在原子界面处的一种新型的固态量子激子-光机系统，发射飞行的光子量子比特与固定的声子耦合，这可以用于量子转换和互连。
2023-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Tunable Phonon-Exciton Fano System in Bilayer Graphene
不同可能路径之间的干涉是量子物理学的核心。这种系统的耦合离散和连续态之间的干涉可以深刻地改变其与光的相互作用，如Fano共振所示。在这里，我们提出了一个独特的多体Fano系统组成的一个离散的声子振动和连续的电子-空穴对跃迁的双层石墨烯。通过电子-声子相互作用，激发态被描述为混合声子-激子性质的元激发的新量子。混合态的红外吸收表现出特征Fano线形，其参数由多体相互作用重整化。值得注意的是，双层石墨烯中的Fano共振是通过电门控连续可调的。声子-激子耦合的进一步控制可以利用利用激发态红外活性的光场来实现。这种可调谐的声子激子系统也提供了一个有趣的可能性的“声子激光器”与受激声子放大所产生的带边电子的布居数反转。
2009-07-02 cond-mat.mes-hall
Noiseless quantum measurement and squeezing of microwave fields utilizing mechanical vibrations
强烈放大振荡信号的两个正交幅度的过程必然会增加噪声。或者，如果一个正交信号中的信息在相敏放大中丢失，则可以完全重建另一个正交信号。在这里，我们证明了这样一个近乎完美的相敏测量使用腔光机计划，其特征在于一个非常小的噪声小于0.2量子。我们还观察到微波辐射强烈压缩8分贝以下的真空。明亮的压缩微波源开辟了量子系统操纵的应用，甚至在适度的低温下也可以使用无噪声放大。
2016-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanics with two-phonon driving
我们考虑了相干双声子驱动的光机械腔的物理性质，即机械模的简并参量放大。我们表明，在这样的系统中，腔模式可以有效地“继承”的力学参数驱动，产生相敏放大和压缩的光信号从腔反射。我们还演示了如何使用这样的系统来执行单正交检测的近共振窄带力施加到力学与极低的附加噪声从光学。该系统还表现出强烈的差异，从传统的简并参量放大器：特别是，腔光谱函数可以成为负的，表明一个负的有效光子温度。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast amplification and non-linear magneto-elastic coupling of coherent magnon modes in an antiferromagnet
在变泵浦光子能量的泵浦-探测实验中，研究了畴壁在反铁磁NiO单晶超快磁振子动力学中的作用。通过分析能量相关的光致超快自旋动力学的振幅，我们发现了材料的特性THz和GHz磁振子模式之间的尚未报道的耦合。我们解释了这种意想不到的耦合两个正交的本征态的相应的哈密顿通过模拟不同域的自旋之间的磁弹性相互作用。我们发现，这种相互作用，在非线性制度，耦合两个不同的磁振子模式通过畴壁，它可以通过激子磁振子共振光学利用。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
