Optomechanical crystals for spatial sensing of submicron sized analytes
光机晶体腔在检测和间接分析蛋白质、细菌和病毒等生物粒子方面具有广阔的应用前景。在这项工作中，我们展示了工作原理的光学机械晶体腔在环境条件下操作的亚微米分析物的传感器，通过光学监测热激活的机械模式的频移。谐振器已经被特别设计，使得腔区域支持特定的低模态体积机械模式族，通常被称为箍缩模式。这些涉及仅一对相邻的腔单元的振荡，所述腔单元对谐振器的其它部分中的扰动相对不敏感。这些模式的本征频率随着变形更靠近谐振器的中心而减小。因此，通过识别经历充分超过机械线宽的频移的特定模式，可以推断是否存在沉积在谐振器上的颗粒、存在多少颗粒以及它们在腔区域内的近似位置。
2020-11-06 physics.app-ph physics.optics
Quasi-two-dimensional optomechanical crystals with a complete phononic bandgap
在硅微芯片中形成的完全平面的二维光机械晶体用于创建在GHz频率范围内没有声子的结构。纳米级光子晶体腔被放置在声子带隙晶体内部，以便探测局部声学模式的特性。通过研究具有不同几何特性的结构阵列上的声共振的机械阻尼、模式密度和光机耦合强度的趋势，示出了完整的声子带隙的明确证据。
2010-12-12 physics.optics
Optomechanical coupling in photonic crystal supported nanomechanical waveguides
我们报告增强光机械耦合嵌入纳米机械梁谐振器内的光学跑道谐振器。机械谐振器的精确控制是通过将光束夹在两个低损耗的光子晶体波导耦合器之间来实现的。耦合器提供的低插入损耗和刚性机械支撑产生高机械和光学Q因子，以改善信号质量。
2009-06-02 physics.optics
Optomechanical Modulation Spectroscopy of Bound-States-In-The-Continuum in a dielectric metasurface
可以通过先进的时域光谱技术检测光子和电子设备中的难以捉摸的特征。在这封信中，我们介绍了一种新的调制光谱学，基于光学和机械模式的相互作用。将该技术应用于Si超颖表面及其鼓状机械模式，我们检测到窄带准束缚态连续体（q-BIC）模式接近正常入射，在那里它们的测量可以被阻碍的高对称性保护和不希望的背景模式。显示出超过一个数量级的可见性增强，光机械调制光谱可以是用于广泛的光子器件的精确光谱的创新工具，包括测量纯对称保护的BIC共振的目标。
2022-02-15 physics.optics
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
Single Photon Generation in a Cavity Optomechanical System induced by a Nonlinear Photonic Crystal
提出了一种在弱驱动非线性光子晶体混合腔光机系统中实现单光子封锁的新方案。即使当单光子光机械耦合强度小于光模衰减率时，也能实现亚泊松统计。该方案放宽了光机系统中光子封锁对强耦合的要求。结果表明，在通信波长处可以产生光子阻塞。
2017-06-08 physics.optics quant-ph
Wavelength transduction from a 3D microwave cavity to telecom using piezoelectric optomechanical crystals
微波到光的转换作为电光机械系统的一个里程碑式的应用，已经引起了腔光机械界的极大兴趣。在这封信中，我们展示了一种新的换能器，结合了高频机械运动和微波腔的第一次。该系统由一个三维微波谐振腔和一个砷化镓光机械晶体组成，该晶体被放置在微波电场最大值处。这允许微波腔通过压电效应在光机械晶体中致动千兆赫频率机械呼吸模式，然后使用电信光模式读出该模式。砷化镓光机械晶体是一个很好的候选人低噪声微波到电信转换，因为它已经预先冷却到机械基态在稀释制冷机。此外，3D微波腔架构可以自然地扩展到耦合到超导量子比特并创建混合量子系统。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Slot-Mode Optomechanical Crystals: A Versatile Platform for Multimode Optomechanics
我们展示了槽模光机械晶体，一类设备中，光子和声子晶体纳米梁谐振器分开一个狭窄的槽耦合通过光机械相互作用。在这些几何结构中，纳米束对被图案化，使得机械呼吸模式被限制在一个束的中心，并且高品质因数（Qo>10^5）光学模式被限制在束之间的槽中。在这里，我们在化学计量的Si3N4平台中生产槽模器件，其光学模式在980 nm波段，耦合到3.4 GHz，1.8 GHz和400 MHz的呼吸机械模式。我们利用高Si3N4的拉伸应力，以实现槽宽度下降到24 nm，这导致增强的光机耦合，足以观察在所有研究的频率的光机自振荡。我们利用槽模式的概念，开发多模光学机械系统与三光束的几何形状，其中两个光学模式耦合到一个单一的机械模式，和两个机械模式耦合到一个单一的光学模式。这一概念允许在设计多模芯片级光机系统时具有很大的灵活性，该系统在很宽的机械频率范围内具有大的光机耦合。
2015-08-24 physics.optics
Mechanical bound state in the continuum for optomechanical microresonators
箝位损耗限制了由支撑杆支撑的光机械谐振器中的机械模式的品质因数。利用连续介质中的机械束缚态，我们发现可以避免机械夹持损失。微球的机械品质因数可以实现高达10^8的杆的特定半径，其中谐振器和支撑杆之间的不同耦合通道彼此正交。该机构对不同的几何形状和材料具有通用性，可推广应用于高质量机械谐振器的设计。
2016-01-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling Dispersive Coupling and Losses of Localized Optical and Mechanical Modes in Optomechanical Crystals
周期性结构的材料可以承受由几何形状定制的光学和机械激发。在这里，我们分析了色散耦合平面光子和声子晶体的性质：光机械晶体。特别地，研究了准一维（图案化纳米梁）和准二维（图案化膜）几何结构中的共谐振光学和机械腔的性质。结果表明，在这些结构中的机械Q和光机械耦合可以变化许多数量级的几何形状的适度变化。一个直观的图片开发的基础上，扰动理论的材料边界的变化，使光学机械性能进行设计和优化。提出了几种设计，机械频率约为1-10 GHz，光学Q因子Qo > 10^7，运动质量meff 100毫微微克，光机耦合长度L0 M < 5微米，辐射限制的机械Q因子Qm > 10^7。
2009-07-31 physics.optics
Optomechanical coupling in the Anderson-localization regime
光学机械晶体，专门设计和制造的半导体纳米结构，用于增强电磁场和纳米尺度物质的机械振动之间的耦合。然而，在实际的光机械晶体中，缺陷打开额外的通道，其中能量的传递损失，降低光机械耦合效率。在这里，我们量化的典范一维光学机械晶体的声子和光子带隙的无序的作用。我们展示了如何利用无序作为一种资源，以提高工程结构以外的光机耦合，从而提供了一个新的工具集的光机。
2017-03-14 physics.optics
Design of tunable GHz-frequency optomechanical crystal resonators
我们提出了一种硅光机械纳米梁设计与动态可调的声学模式在10.2 GHz。利用片内电容，谐振频率可偏移90 kHz/V^2，片内电容经过优化，可在10 V工作电压下施加高达1 $μ$ N的力。光学谐振频率约190太赫兹，Q因子高达$2.2 \times 10^6$，将结构置于良好分辨的边带区域，真空光机耦合率高达$g_0/2π= 353$ kHz。例如，调谐可用于克服由于制造误差而导致的设备到设备声学谐振频率的变化，为由光机腔阵列组成的光机电路铺平道路。
2016-03-17 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
Optimized optomechanical crystal cavity with acoustic radiation shield
我们提出了一个光机械晶体纳米梁腔的设计，结合有限元模拟与数值优化，并考虑了移动介质边界和光弹效应所产生的光机械耦合。应用这种方法得到的纳米梁实验实现的固有光学Q因子为1.2x10^6，机械频率为5.1GHz，机械Q因子为6.8x10^5（T=10K），零点运动光机耦合率为g=1.1MHz。
2012-06-11 physics.optics quant-ph
Enhanced photon-phonon coupling via dimerization in one-dimensional optomechanical crystals
我们表明，二聚化的光机械晶格，这导致折叠的能带图，可以耦合弯曲的机械模式，通过辐射压力的单位细胞内的光场。与目前实现的晶体相比，光子和声子之间的耦合有了很大的改善。为了实验验证，我们在硅光机械纳米梁腔中实现了二聚晶格，并测量了$g_0/2π=1.7MHz$在$λ_{c} = 1545nm$处的光学共振和在1.14 GHz处的机械共振之间的真空耦合率。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Quantitative Fabrication-Error Reduction in Optomechanical Crystal using Proximity Error Correction
Indian Institute of Science（印度科学学院）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文利用邻近效应校正技术，通过蒙特卡洛模拟和剂量修改方案，显著提升了光子晶体结构的制造保真度，降低了尺寸偏差和边缘粗糙度，并大幅提高了光学品质因子。
2026-09-11 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical and Photothermal Interactions in Suspended Photonic Crystal Membranes
我们在这里提出了一个光学机械系统制造的新的应力管理技术，使我们能够暂停无缺陷的硅光子晶体膜上的硅绝缘体（SOI）衬底上的间隙，可调到200 nm以下。我们的器件能够在大的表面积上产生强大的吸引力和排斥力，具有简单的内耦合和外耦合，并具有迄今为止任何几何结构中最强的排斥光机械耦合（gOM/2π ~ -65 GHz/nm）。探讨了光机械和光热机械动力学之间的相互作用，后者用于实现机械模式的冷却和放大，表明我们的平台非常适合于低功率质量，力和折射率传感以及光机械加速度计的应用。
2012-10-30 physics.optics
Optomechanical coupling in a two-dimensional photonic crystal defect cavity
周期性结构的材料可以维持光学和机械模式。本文研究和实验观察了一个模体积为$\sim$ $3(λ/n)^{3}$的二维悬浮光子晶体缺陷腔的光机械特性。观察到两个家庭的机械模式：弯曲模式，与整个悬浮膜的运动，和本地化模式的频率在GHz制度对应于本地化的声子在光学缺陷腔的衍射限制的大小。我们演示了直接测量的光机真空耦合率使用频率校准技术。最高测量值超过250 kHz，表明在这种结构中的光学和机械模式的强耦合。
2010-11-29 physics.optics
Design of Optomechanical Cavities and Waveguides on a Simultaneous Bandgap Phononic-Photonic Crystal Slab
在本文中，我们研究和设计准二维光机械晶体，波导，和谐振腔形成的图案板。二维周期性允许在频率中的面内伪带隙，其中禁止局部化到板的共振光学和机械激发。通过定制的晶胞几何形状，我们表明，它是可能的，有一个平板晶体同时光学和机械的伪带隙，光学波导不妥协。然后，我们使用这些晶体设计光机械腔中发生强烈的相互作用，共定位的光子-声子共振。示出了通过扰动硅光机械晶体板中的光波和声波的“线性缺陷”波导而形成的谐振腔结构，以支持波长为1.5微米的光谐振和频率为9.5GHz的机械谐振。由于波导结构的同时伪带隙，这些谐振被模拟为具有大于10^7的光学和机械辐射限制的Q因子。还研究了由于辐射压力引起的该腔中的光共振和声共振的光机械耦合，量子转换率对应于通过单个腔声子的单个腔光子的散射率，计算为292 kHz。
2010-11-21 physics.optics
Photothermal effect in macroscopic optomechanical systems with an intracavity nonlinear optical crystal
腔内压缩是一种很有前途的技术，它可以提高引力波探测器的灵敏度和冷却光机械振荡器到基态。然而，光热效应可能会修改由于在光学腔中的非线性光学晶体的存在而发生的光机械耦合。我们提出了一种新的方法来预测光热效应的影响，通过测量的光机械振荡器的磁化率和识别的净光学弹性常数和光热吸收率。使用这种方法，我们成功地精确地估计参数，即使是微小的光热效应，这是无法测量使用以前开发的方法。
2022-11-04 physics.optics quant-ph
Inverse-designed release-free optomechanical crystal with high photon-phonon coupling
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
研究旨在解决无释放光机械晶体耦合强度与热鲁棒性的权衡问题，通过结合物理引导直觉与多物理逆设计算法，设计出耦合率创纪录的无释放硅光机械晶体，强化了其作为光机械平台的地位。
2026-07-10 physics.optics quant-ph
Experimental Evaluation of All-Optical Up- and Down-Conversion of 3GPP 5G NR Signals using an Optomechanical Crystal Cavity Frequency Comb
本研究利用硅光机械晶体腔产生的频率梳谐波，首次实验演示了3GPP 5G NR信号的全光多频上、下变频，并评估了谐波选择对转换信号相位噪声和信噪比的影响。
2024-06-07 physics.app-ph physics.optics
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
Strong optomechanical coupling in a slotted photonic crystal nanobeam cavity with an ultrahigh quality factor-to-mode volume ratio
我们描述了一个一维硅光子晶体腔的设计，制造和表征，在该腔中，中心槽用于增强高度局部化的光学和机械模式之间的重叠。光学模式具有0.017 $(λ_{vac}/n)^3$的极小模式体积，并且测量到310 kHz的光机械真空耦合率。随着光学品质因数高达$1.2 \cdot 10^5$，制造的设备是在解析边带制度。电场在槽壁处具有其最大值，并且耦合到槽的面内呼吸运动。因此，光机耦合主要由移动边界效应，我们模拟为6倍以上的光弹性效应，在大多数结构，其中的光弹性效应往往是主要的耦合机制。
2016-06-08 physics.optics
Coupled Mode Theory of Optomechanical Crystals
光机械晶体中的声光相互作用允许弹性波对光波的单向控制。然而，由于这种非线性相互作用，产生了无限多的光学模式。本文给出了光机械波导中弹性波与光子布洛赫波相互作用的耦合模理论的精确公式。通常，弹性波在频率和波矢上强烈地衍射光学波前，并且因此出现具有不同频率和波矢的无限模式。我们讨论了共振和模式转换条件，并提出了一个严格的方法来获得耦合率和模式配置文件。我们还发现了一个守恒定律，该定律支配着来自相互作用的单个模式的总光功率。我们目前的应用实例的理论，以光机械波导和腔，以及非互易传输的光和光机械开关。
2016-08-18 cond-mat.mes-hall 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
Ultrahigh-Q optomechanical crystals cavities fabricated on a CMOS foundry
光子晶体使用周期性结构来创建光波传播的禁频区，这允许在小尺寸器件中创建和集成复杂的光学功能。这种策略也已成功地应用于限制机械波，并探讨他们与光的相互作用，在所谓的光机械腔。由于其具有挑战性的设计，这些腔体传统上是使用专用的高分辨率电子束光刻工具制造的，这些工具本身就很慢，限制了这种解决方案的小规模应用或研究。在这里，我们将展示如何克服这个问题，通过使用深紫外光刻工艺制造光机械晶体上的商业CMOS代工厂。我们表明，一个精心设计的光子晶体可以承受的光刻工艺的限制，生产腔与测量的固有光学品质因数高达$Q_{i}=(1.21\pm0.02)\times10^{6}$。还使用声子晶体来创建光机械晶体，以将声波紧密地限制在光学腔内，这导致$g_{0}=2π\times(91\pm4)$ kHz的测量真空光机械耦合速率。有效的边带冷却和放大也证明了，因为这些腔在解决边带制度。在设计和制造过程中的进一步改进表明，基于商业铸造的光机械腔可以用于量子基态冷却。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall 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
Slowing light with a coupled optomechanical crystal array
本文研究了光在由倏逝耦合光机械晶体阵列组成的谐振腔光波导中的传播。在强驱动极限下，系统的哈密顿量可以线性化和对角化。在这种情况下，我们得到的极化激元，它是由光子的相互作用和机械谐振腔的集体激发。通过分析极化激元的色散关系，我们发现可以通过改变相关参数来控制能带结构。有人提出，一种可工程化的能带结构可以用来减慢和阻止光脉冲。
2012-02-09 physics.optics quant-ph
Optical and mechanical design of a "zipper" photonic crystal optomechanical cavity
设计了一种能够将机械能和光能集中在纳米尺度上的双箝位梁结构。光学设计是基于光子晶体的概念，其中纳米尺度横截面光束的图案化可以导致0.2立方波长（（λ_{c}）^[3]）的有效光学模式体积的强光学局部化。通过将两个相同的纳米梁放置在彼此的近场内，可以实现梁之间的差分运动的强光机耦合。目前设计的波长为1.5微米的薄膜氮化硅光束表明，这种结构可以同时实现7 × 10^6的光学Q因子、约40皮克的动质量m、约170 MHz的机械模式频率和有效长度L_{OM} ~ λ= 1.5微米的光机械耦合因子（g_{OM} =dω_{c}/dx = ω_{c}/ L_{OM}）。
2008-12-30 physics.optics
Two-Dimensional Optomechanical Crystal Cavity with High Quantum Cooperativity
光机系统为量子信息处理和量子传感提供了新的机会。许多固态量子器件在毫开尔文温度下工作-然而，由于其有限的热导和寄生光吸收，在这些超低温下操作纳米级光机械器件已被证明具有挑战性。在这里，我们展示了一个二维光机械晶体谐振器，能够实现大的协同性$C$和小的有效浴占用$n_b$，导致在连续波光驱动下的量子协同性$C_{\text{eff}}\equiv C/n_b \approx 1.3 > 1$。这是通过使用二维声子带隙结构来容纳光机械腔来实现的，同时隔离带隙中感兴趣的声学模式，同时允许通过带隙外部的声子模式去除热量。这一成就为需要量子相干光机械相互作用的各种应用铺平了道路，例如能够在微波频率超导量子线路和光纤网络中的光子之间进行量子态双向转换的换能器。
2019-10-07 physics.optics quant-ph
Nonlinear radiation pressure dynamics in an optomechanical crystal
利用硅纳米梁光机械晶体，我们研究了吸引子图所产生的辐射压力之间的相互作用的局部光腔在$λ= 1552$ nm和$ω/2π= 3.72$ GHz的机械谐振。在$T \approx 10$ K的温度下，通过连续波光泵浦观察到机械运动的高度非线性驱动。引入一个时间相关的（调制）光泵是用来引导系统走向一个否则无法访问的动态稳定的吸引子，其中发生机械自振荡的光泵红失谐的腔共振。一个分析模型，将由于光吸收加热的热光效应的开发，并发现准确地预测测得的设备的行为。
2015-04-27 physics.optics
Strong optomechanical interactions in a sliced photonic crystal nanobeam
腔光学机械系统可用于机械运动的灵敏检测和控制机械谐振器，直到量子水平。光学和机械自由度相互作用的强度由光子-声子耦合率$g_0$定义，该耦合率在纳米级系统中特别大。在这里，我们展示了一个光学机械系统的基础上切片光子晶体纳米梁，结合了亚波长的光学限制与低质量的机械模式。分析运动的转换和辐射压力的影响，我们发现耦合率$g_0$ /2π = 11.5 MHz，超过以前报道的值的数量级。使用这种相互作用，我们检测谐振器的运动与噪声不精确度低于在标准的量子极限，即使该系统具有小于$10^3$的光学和机械品质因数。宽的带宽是有用的应用在微型传感器，并为基于测量的控制谐振器的运动状态。
2015-05-02 physics.optics
Single-photon blockade in optomechanical photonic crystal cavity with third-order nonlinearity
对弱驱动下具有克尔型非线性的光机械光子晶体腔中的光子统计特性进行了解析和数值分析。通过计算零时延二阶关联函数$g^{(2)}(0)$，证明了单光子阻塞效应。通过求解薛定谔方程得到的解析结果与通过数值求解量子主方程得到的结果完全一致。最先进的设备参数的实验可行性进行了讨论。结果表明，即使在较低的非线性极化率参数和较弱的单光子光机械耦合条件下，系统也能在通信波长处产生光子阻塞，并且对纯退相引起的退相干具有很强的鲁棒性。
2016-12-22 physics.optics quant-ph
Engineering multiple GHz mechanical modes in optomechanical crystal cavities
光机械晶体腔（OMCC）是一种基础的纳米结构，具有广泛的现象和应用。通常，这种OMCC中的光机械相互作用仅限于单个光学模式和唯一的机械模式。从这个意义上说，消除单模约束-例如，通过添加更多的机械模式-应该能够实现更复杂的物理现象，从而产生多模光机相互作用的背景。然而，一个通用的方法，以控制的方式产生多个机械模式与大的耦合率在OMCCs仍然缺乏。在这项工作中，我们提出了一种路线，以限制多个GHz的机械模式耦合到相同的光场与类似的光机械耦合率-高达600 kHz -由OMCC工程。实质上，我们增加了腔中心和镜区之间绝热过渡的单元格（由两侧带有波纹的圆孔穿孔的硅纳米块组成）的数量。值得注意的是，我们的腔中的机械模式位于完整的声子带隙内，这是在低温下实现超高机械Q因子的关键要求。全声子带隙中的多模特性以及使用标准硅纳米技术实现的容易性使得我们的OMCC在经典和量子领域的应用中具有很高的吸引力。
2022-08-01 physics.optics
The effects of ion implantation damage to photonic crystal optomechanical resonators in silicon
在注入磷施主的绝缘体上硅（SOI）衬底上制作光机械谐振器。然后在衬底退火之前和之后测量谐振器的机械和光学性质（在6开尔文和室温下）。所有测量的谐振器幸存的退火和他们的机械线宽下降，而他们的光学和机械频率增加。这与离子注入造成的晶格损伤一致，导致光学和机械性能劣化，然后通过退火进行修复。我们解释这些影响定性与硅晶格结构的变化。我们还报告了一些无法解释的功能在预退火样品。此外，我们报告部分制造的光机械谐振器与氖离子铣削。
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mechanical bound states in the continuum for macroscopic optomechanics
连续束缚态是一种不同于腔基共振的长寿命共振态，在光子晶体和声表面波等经典系统中得到了广泛的研究。在这里，我们揭示了在基板上的光机械晶体的结构中的受保护的机械BIC。利用群论方法，以$C_{4v}$和$C_{6v}$对称性为例，确定了光机械晶体中所有位于$Γ$点的机械BIC，并分析了它们与共定域光学BIC的耦合以及由于动边界和光弹效应引起的导共振.我们验证了理论分析与数值模拟特定的光学机械晶体，支持大量的光学机械之间的相互作用的机械BIC和光学谐振。由于高$Q$、大尺寸机械BIC和衬底使能的热耗散的独特特征，这种衬底上板光机械晶体的架构可能有助于探索宏观量子力学物理和实现新的应用，例如高通量传感和自由空间光束转向。
2019-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Slow thermo-optomechanical pulsations in suspended 1D photonic crystal nanocavities
研究了在氮化硅基片上制作的一维光子晶体纳米腔的非线性光学响应。强的热光非线性被证明为低至$2\,μ\text{W}$的输入功率和自持脉冲制度出现了几秒钟的周期性。随着输入功率和激光波长的变化，时间模式的周期，占空比和形状发生变化。这种动力学归因于热光效应和热光机械效应之间的多时间尺度竞争，并且与神经元活动的数学模型中发现的弛豫振荡状态非常相似。我们介绍了一个简化的模型，再现所有的实验观察，并允许我们解释它们在一个1D的关键流形，其中管理系统的缓慢演变的属性。
2020-09-06 physics.optics
Diamond optomechanical crystals
在单晶金刚石中实现的腔光学机械系统将受益于其非凡的材料特性，包括低机械耗散和宽的光学透明窗口。金刚石还富含光学活性缺陷，例如氮空位（NV）和硅空位（SiV）中心，它们在固态下表现为类原子系统。NV电子自旋通过晶格应变与声子的相干耦合的预测和观测已经激发了旨在实现混合量子系统的金刚石纳米机械装置的发展，其中声子提供与金刚石自旋的界面。在这项工作中，我们展示了金刚石光机械晶体（OMC），一个设备平台，使这样的应用，其中的共定位的~ 200太赫兹光子和几个到10 GHz的声子在准周期性金刚石纳米结构导致耦合的光学腔场通过辐射压力的机械模式。与其他材料系统相比，金刚石OMC在分辨边带机制下工作，具有大的腔内光子容量（> 10 $^5$）和足够的光机械耦合率，在室温下达到~ 20的协同系数，允许观察光机械诱导的透明性和实现大振幅光机械自振荡。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical and mechanical mode tuning in an optomechanical crystal with light-induced thermal effects
我们报告的修改的光学和机械性能的硅一维光学机械晶体腔由于热光效应在高声子/光子布居制度。由于光吸收，腔体以将光学模式向较长波长移动并且将机械模式向较低频率移动的方式加热。通过将实验光学结果与时域有限差分模拟相结合，我们建立了所观察到的波长漂移与腔的实际有效温度增加之间的直接关系。通过假设的杨氏模量相应地降低温度的增加，我们发现一个很好的协议之间的机械模式漂移预测使用有限元方法和实验。
2016-05-25 physics.optics
A 1D Optomechanical crystal with a complete phononic band gap
近年来，腔光力学的研究取得了很大的发展，它利用了纳米尺度下光和机械波的限制和耦合。在它们的物理实现中，建立在半导体板上的光学机械（OM）晶体能够在单个芯片中集成和操纵多个OM元件，并提供适合于相干声子操纵的GHz声子。通过在OM晶体上插入缺陷而产生的腔体中的红外光子和GHz声子的耦合的不同演示已经被执行。然而，所考虑的结构没有显示出完整的声子带隙，这应该允许更长的失相时间，因为声泄漏被最小化。我们证明了在一个1D OM晶体适当设计显示一个完整的声子带隙的声学模式在4 GHz的激发。完整带隙内的模式被设计为具有10e8以上的机械Q因子，并且不受制造缺陷的影响。
2014-01-17 physics.optics
Multimode optomechanics with a two-dimensional optomechanical crystal
本文设计并实验演示了一种二维机械-光学-机械平台，实现慢光波导与两个约7 GHz声子模式的色散耦合，展示高品质因子和动态背作用，为混合量子系统提供重要进展。
2023-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Pulsed excitation dynamics of an optomechanical crystal resonator near its quantum ground-state of motion
使用脉冲光激发和读出以及单声子计数技术，我们测量的瞬态反作用，加热，和阻尼动力学的纳米级硅光机械晶体腔安装在稀释冰箱在基础温度为11 mK。除了观察到光吸收诱导的热声子浴的缓慢（~ 740 ns）开启时间外，我们测量了5.6GHz的“呼吸”声学腔模式的初始声子占有率低至0.021 ± 0.007（模式温度= 70 mK）和328 ± 14 Hz的固有机械衰减率（机械Q因子= 1.7 × 10^7）。这些测量结果表明，尽管存在稳态光学加热，但使用短脉冲测量用于各种量子光学机械应用的可行性。
2015-03-17 physics.optics quant-ph
Universal Design Path for Optomechanical Crystals and One-dimensional Photonic Crystals
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）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学技术研究所）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）
通过保持腔模波长在一定范围内，建立了折射率、设计面积和腔模波长之间的函数关系，并基于仿真和实验验证了通用设计方法的可行性。
2026-07-02 physics.optics
Phonon-laser sensing in a hetero optomechanical crystal cavity
微机械谐振器和纳米机械谐振器已经成为用于感测广泛的物理性质（诸如质量、力、扭矩、磁场和加速度）的有前景的平台。传感性能关键取决于机械谐振器的运动质量、机械频率和线宽。在这里，我们展示了异质光机械晶体（OMC）腔的基础上的硅纳米梁结构。该腔支持频率为5.91 GHz，有效质量为116 fg，机械线宽从3.3 MHz变窄到5.2 kHz的基本机械模式下的声子激射，而光机械耦合率高达1.9 MHz。利用该声子激光器，可以获得分辨率为$δ$ $λ$ / $λ$ = 1.0*10-8的片上感测，这比利用传统的基于硅的传感器获得的分辨率大至少两个数量级。利用声子激光的硅基异质OMC腔的使用可以为令人兴奋的高精度传感器铺平道路，这些传感器适合硅单片集成，并为广泛的物理传感应用提供前所未有的灵敏度。
2019-06-28 physics.optics
Optomechanical Metamaterials: Dirac polaritons, Gauge fields, and Instabilities
独立的光子晶体可以用来捕获光和机械振动。这些“光机械晶体”结构已经在实验上证明了光子模式和声子模式之间的强耦合，共同定位在单个缺陷位置。未来的设备可能会以这种缺陷的规则超晶格为特征，将它们变成“光机械阵列”。在这封信中，我们预测，定制的光机能带结构的这种阵列可以用来实现狄拉克物理的光子和声子，通过机械振动创建一个光子规范场，并观察到一种新的光机不稳定性。
2013-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Deep sub-wavelength localization of light and sound in dielectric resonators
光机械晶体通过将声子和光子限制在相称的波长尺度上来提供声子和光子之间的耦合。我们提出了一个新的概念，设计光机械晶体能够实现前所未有的耦合率，通过限制光学和机械波深亚波长尺寸。我们的设计是基于一个电介质蝴蝶结单位细胞的有效光学/机械模式体积为$7.6 \times 10^{-3} {(λ/n_{\textrm{Si}})}^3$ / $ 1.2 \times 10^{-3} {λ_{\textrm{mech}}}^3$。我们提出的结果，从数值模拟，表明单光子光机械耦合2.2 MHz的实验可行的参数。蒙特卡罗模拟被用来证明该设计对制造无序的鲁棒性。
2022-02-02 physics.app-ph physics.optics
Optomechanical crystal in light-resilient quantum ground state
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文研发了一种芯片级无释放硅光力晶体腔，通过抑制热光效应提升了激光弹性，为微波-光量子转导等量子协议及硅光力平台热噪声研究提供了新方案。
2026-08-27 physics.optics quant-ph
Piezoelectric optomechanical approaches for efficient quantum microwave-to-optical signal transduction: the need for co-design
压电光学机械平台是实现光子在微波和光频域之间的量子转换的最有前途的途径之一。然而，实现接近1的转导效率存在重大挑战。我们讨论这些因素的背景下，正在追求的两种主要方法的高效率转导。第一种方法使用由叉指换能器激发的一维纳米束光机械晶体，其特征在于大的单光子光机械耦合强度、有限的腔内泵浦光子数以避免吸收诱导的加热以及从换能器到光机械腔的低声子注入效率。第二种方法使用（准）体声波谐振器集成到光子法布里-珀罗腔的几何形状，其特征在于低的单光子光学机械耦合强度，高腔内泵浦光子人口没有显着的加热，和高声子注入效率。回顾这两种方法的现状后，我们讨论了需要共同设计的机电和光机子系统，以实现高的换能效率，以GaAs压电光机平台为例。
2021-08-26 physics.app-ph physics.optics
Elimination of Thermomechanical Noise in Piezoelectric Optomechanical Crystals
机械模式是量子信息应用（诸如量子级波长换能器）的潜在有用资源，这是由于它们能够与跨频谱的电磁辐射相互作用。波长传感器面临的一个重大挑战是机械模式下的热机械噪声，这会使转换信号受到热状态的污染。在本文中，我们消除热机械噪声的GHz频率机械呼吸模式的压电光机械晶体使用低温冷却稀释制冷机。我们光学测量的平均热占有率的机械模式，只有$0.7\pm0.4 ~ \mathrm{phonons}$，提供了一个低噪声微波到光转换的量子制度的路径。
2019-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-Efficiency Low-Noise Optomechanical Crystal Photon-Phonon Transducers
针对低温下光吸收热噪声限制光力学晶体重子转换器性能的问题，研究人员提出侧面耦合机械分离光波导的二维硅OMC谐振器方案，大幅降低加热速率，实现高转换效率与低附加噪声，推动量子极限微波光转换与光控量子声存储器发展。
2024-06-22 physics.optics quant-ph
Slot-mode-coupled optomechanical crystals
我们提出了一种腔光学机械系统的设计方法和分析，在该系统中，纳米梁谐振器的局部GHz频率机械模式与单独的纳米梁光学腔的高品质因数（Q>10^6）光学模式倏逝耦合。使用单独的纳米梁提供了灵活性，使系统的光学和机械的独立设计和优化成为可能。此外，小间隙（约。25 nm）引起了槽模效应，其使得能够实现大的零点光机械耦合强度，其中在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi> 300 kHz，并且在980 nm处的Si 3 N4系统中g/2 pi约为300 kHz。在1550 nm处，在Si系统中为900 kHz。在SiN中可以实现与GHz机械振荡器的大耦合强度的事实是重要的，因为这种材料具有宽的光学透明窗口，这允许在整个可见光和近红外范围内操作。作为该平台的应用，我们考虑1300 nm和980 nm之间的宽带光频率转换，使用两个光学纳米束腔耦合在机械纳米束谐振器的呼吸模式的两侧。
2012-07-20 physics.optics
Diamond optomechanical crystals for high-frequency strain and comb generation
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；University of Calgary（卡尔加里大学）
本研究开发了金刚石光力晶体腔，实现了约12 GHz的高频机械共振与143 GHz光频梳，其动态应变达1.1×10⁻³，可用于金刚石自旋量子比特的光力控制。
2026-08-31 physics.optics quant-ph
