Femtogram Doubly Clamped Nanomechanical Resonators Embedded in a High-Q Two-Dimensional Photonic Crystal Nanocavity
我们展示了一种新的光学机械设备系统，它允许高效的转换飞秒纳米束谐振器。将质量小至25 fg的双钳位纳米机械谐振器嵌入高精细度二维光子晶体纳米腔中。在室温和环境条件下进行1 GHz左右的基本弯曲模式的光学转换，观察到的位移灵敏度为0.94 fm/Hz^（1/2）。从对称和不对称的双光束设备的测量结果的比较揭示杂交的机械模式的结构对称性被证明是获得高的机械品质因数的关键。我们的新配置开辟了一个新的类别的“NEMS在腔”设备的基础上在纳米级的光机械相互作用的方式。
2012-04-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Molecular platform for frequency upconversion at the single-photon level
在环境条件下直接探测波长超过2微米的单光子仍然是一个突出的技术挑战。一种有前途的方法是频率上转换到可见光（VIS）或近红外（NIR）域，其中单光子探测器是现成的。在这里，我们提出了一种基于分子光学机械平台的纳米级解决方案，将光子从远红外和中红外（覆盖THz间隙的一部分）向上转换到VIS-NIR域。我们用全量子模型对其输出噪声谱密度和转换效率进行了详细的分析。我们的平台包括双共振纳米天线，将入射的长波长辐射和短波长泵浦激光场聚焦到同一个有源区。在那里，红外主动振动模式被共振激发，并通过它们的拉曼极化率耦合到泵浦场。这种光机械相互作用被天线增强，并导致输入的低频信号相干转移到泵浦激光器的反斯托克斯边带上。我们的计算表明，我们的方案是可实现的与当前的技术和优化的平台可以达到单光子灵敏度的光谱区域，这种能力仍然不可用的日期。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Giant optomechanical spring effect in plasmonic nano- and picocavities probed by surface-enhanced Raman scattering
本文利用等离激元纳米腔和皮腔的极端光限域增强光机械耦合，实现巨光弹簧效应，使分子键大幅软化，并驱动集体声子以控制可逆与不可逆化学过程。
2023-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Integrated tuning fork nanocavity optomechanical transducers with high $f_{M}Q_{M}$ product and stress-engineered frequency tuning
腔光学机械系统正被广泛开发用于精确的力和位移测量。对于纳米机械换能器，通常在频率（$f_{M}$）和品质因数（$Q_{M}$）之间存在折衷，这限制了时间分辨率和灵敏度。在这里，我们提出了一个单片腔光机械传感器支持高$f_{M}$和高$Q_{M}$。通过更换常见的双钳位，硅$_3$ N $_4$纳米梁与音叉几何形状，我们展示了基本的$f_{M}\approx29$ MHz和$Q_{M}\approx2.2$ $\times10^5$的设备，对应于6.35 $\times10^{12}$ Hz的$f_{M}Q_{M}$产品，可与先前展示的室温操作的最高值相媲美。这种高的$f_{M}Q_{M}$乘积部分是通过夹具设计将音叉的应力设计为残余膜应力的3倍来实现的，这导致$f_{M}$增加到1.5倍。仿真结果表明，音叉设计同时减少了夹紧，热弹性耗散，和固有的材料阻尼的机械损耗的贡献。这项工作可能会发现应用时，高的时间和力的分辨率是重要的，如在紧凑的传感器原子力显微镜。
2015-08-01 physics.optics
Influence of spherical anisotropy on optical mass sensing in a molecular-plasmonic optomechanical system
我们利用全光泵浦-探测的方法，在室温下发展了一种分子等离子体系统的质量传感机制。该系统由一个双钳位的石墨烯纳米粒子组成，在强泵浦场和弱探测脉冲的存在下，该纳米粒子与两种类型的各向同性和各向异性球形等离子体腔参数相互作用。基于模式选择量子化方案和类比腔光力学的正则模型，我们制定了系统的电磁格林张量的哈密顿量。以这种方式，我们推导出一个明确的形式的大小相关的光机耦合函数和等离子体阻尼率，其中包括模式，几何形状和材料的等离子体结构的功能。等离子体纳米结构的工程材料特性，我们发现，由于模式体积减少，与银球纳米腔相比，径向各向异性球形纳米腔的探测场透射谱的强度显著增强。该方案可以提供在室温下实现最小可测量质量。
2022-02-27 physics.optics quant-ph
Chaos Generation and Control with Molecular Optomechanical System
School of Science, Inner Mongolia University of Science and Technology（内蒙古科技大学理学院）；Center for Quantum Sciences and School of Physics, Northeast Normal University（东北师范大学量子科学中心与物理学院）
研究通过等离子体纳米腔与回音壁模式微腔耦合的混合分子光机械系统，利用太赫兹级单光子耦合和低损耗光子通道，在室温下实现可控混沌光产生。
2026-06-23 physics.optics quant-ph
Coherent mixing of mechanical excitations in nano-optomechanical structures
在纳米腔光机械系统中，可获得的大的每光子光力和小的运动质量的组合导致机械运动和腔光场之间的强动力学反作用。在这项工作中，我们研究了两种不同的纳米腔结构，拉链纳米梁光子晶体腔和双微盘回音壁谐振腔的机械运动的光学控制。这些腔中的强光学梯度力被示出为引入显着的光学刚性的结构，与修整的机械状态重整成光学明亮和光学黑暗的运动模式。随着机械模式之间的内部机械耦合的增加，一种形式的光学控制的机械透明度被证明类似于三能级原子介质的电磁感应透明。基于这些测量，相干传输RF/微波信号之间的光场和一个长寿命的黑暗的机械状态的建议。
2009-08-07 physics.optics
Efficient short-wave infrared upconversion by self-sensitized holmium-doped nanoparticles
针对镧系掺杂纳米颗粒激发波长局限于第二近红外窗口的问题，本文提出自敏化钬掺杂纳米转换器，扩展敏化至2μm短波红外并实现640nm上转换，通过调控掺杂与壳层及等离子体腔增强，获15.2%转换效率和32倍发射增益，推动多领域应用。
2024-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A chip-scale integrated cavity-electro-optomechanics platform
我们提出了一个集成的光机械和机电纳米腔，其中一个共同的机械自由度耦合到超高Q值光子晶体缺陷腔和电路。该系统允许宽范围的，快速的电调谐的光学纳米腔谐振，和电控制的光学辐射压力反作用效应，如机械放大（声子激光），冷却，和硬化。这类集成器件提供了一种新的手段，有效地相互转换弱微波和光信号，并有望铺平道路，一类新的微传感器利用光学机械反作用的热噪声降低和低噪声光学读出。
2011-11-20 physics.optics quant-ph
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
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
Detecting mid-infrared light by molecular frequency upconversion with dual-wavelength hybrid nanoantennas
光学和机械域之间的信号的相干相互转换通过光机械相互作用实现。通过将光限制在纳米级模体积中产生的极端光-物质耦合可以获得单个中红外（MIR）光子的灵敏度。在这里，我们利用等离子体纳米腔中分子振动的红外吸收和拉曼活性来演示频率上转换。我们通过双谐振天线中的表面增强拉曼散射（SERS）将λ~10 μm入射光转换为可见光，该双谐振天线的上转换增强了>10^10。我们发现，当MIR泵浦被调谐到分子振动频率时，SERS反斯托克斯发射的放大率>200%，在室温下获得的最低可检测功率约为1 μW/μm^2。这些结果为低成本和大规模的红外探测器和光谱技术提供了潜力，并将单分子传感带入了红外领域
2021-07-06 physics.optics
Acousto-optic modulation of a photonic crystal nanocavity with Lamb waves in microwave K band
集成纳米机电换能器和纳米光子器件可能使新的声光器件达到前所未有的高频率和调制效率。在这里，我们演示了声光调制的光子晶体纳米腔使用兰姆波频率高达19 GHz，达到微波K波段。该器件是在悬浮氮化铝膜中制造的。声波的激发是用周期小至300 nm的叉指换能器实现的。将声波和光波都限制在膜的厚度内导致新器件中的声光调制效率比在先前的表面声波器件中获得的声光调制效率提高。我们的系统展示了一个新的可扩展的光学机械平台，在那里可以探索腔限制的光子和高频旅行声子之间的强声光耦合。
2015-08-07 physics.optics
Plasmonic Nanoparticle-in-nanoslit Antenna as Independently Tunable Dual-Resonant Systems for Efficient Frequency Upconversion
East China Normal University（华东师范大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文研究了等离子体纳米粒子-纳米沟槽天线的双共振特性，通过独立调节中红外和可见光共振，提升非线性过程效率，发现新的共振模式以增强上转换效率。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Upconversion of Phonon Modes into Microwave Photons in a Lithium Niobate Bulk Acoustic Wave Resonator Coupled to a Microwave Cavity
该研究在4 K低温下实现铌酸锂体声波谐振器与分裂柱式凹腔微波腔的耦合，测得声学模式品质因数超10^6、光机械耦合速率达0.014 mHz，较同类石英体系结果高四个数量级。
2024-11-07 physics.app-ph physics.optics quant-ph
A superhigh-frequency optoelectromechanical system based on a slotted photonic crystal cavity
我们开发了一个全集成的光机电系统，工作在超高频波段。该系统是基于超高Q值开槽光子晶体（PhC）纳米腔形成的两个PhC膜，其中一个图案与电极和电容驱动。强的同时机电和光机械相互作用产生有效的电激发和灵敏的光学转导的体声波模式的PhC膜。这些模式被确定为高达4.20 GHz的频率，其机械Q因子范围从240到1，730。直接链接在微波和光域中的信号，这样的光机电系统将发现在微波光子学中的应用，除了那些分别利用机电和光机械相互作用。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent optical wavelength conversion via cavity-optomechanics
我们从理论上提出并实验证明了在腔-光机械系统中利用光子-声子平移实现可见光光子的相干波长转换。对于支持4GHz局域声子模式的工程化硅光机械晶体纳米腔，1.5MHz带宽中的光信号在波长1460 nm处的一个腔模式和1545 nm处的第二腔模式之间的11.2THz频率跨度上以93%的内部（2%的外部）峰值效率被相干地转换。还分析了转换过程中所涉及的热和量子限制噪声，并且在等效光子数信号水平方面，发现对应于仅6和4x 10 -3量子的内部噪声水平。
2012-06-04 physics.optics quant-ph
Quantum description of surface-enhanced resonant Raman scattering within a hybrid-optomechanical model
表面增强拉曼散射（SERS）允许检测和识别微量样品的分子振动指纹。SERS过程也可以用于分子振动的光学操纵。我们提出了一个量子描述的表面增强共振拉曼散射（SERRS），在模拟混合腔光学力学，并比较共振的情况与非共振SERS。我们的模型预测存在一个制度的相干相互作用之间的电子和振动自由度的分子，介导的等离子体纳米腔。这种相干机制可以通过参数调谐入射泵浦激光的频率和强度来实现，并且与分子振动的光机械泵浦有关。我们发现，振动泵浦是能够选择性地激活一个特定的振动模式，从而提供了一种机制来控制其人口和驱动等离子体辅助化学。
2019-05-24 physics.app-ph physics.optics
Electromagnetically induced transparency and wide-band wavelength conversion in silicon nitride microdisk optomechanical resonators
我们证明了光机械介导的电磁感应的透明度和波长转换的氮化硅（Si3N4）微盘谐振器。制造的器件支持品质因数（Q）为10^6的回音壁光学模式，以及Q=10^4和625 MHz的谐振频率的径向呼吸机械模式，使得系统处于分辨边带状态。将强光学控制场放置在光学模式的红（蓝）失谐边带上会产生与共振探测光束的相干干涉，从而为探测器引入透明（吸收）窗口。对于器件的多个光学模式观察到这一点，所有这些光学模式都耦合到相同的机械模式，并且由于Si3N4的大带隙，这些光学模式可以在波长上广泛分离。利用这些特性来演示频率跨度为69.4 THz的1300 nm和980 nm波段之间的光信号的频率上转换和下转换。
2013-06-03 physics.optics
