Synchronization of optomechanical cavities by mechanical interaction
耦合振子的同步是自然界中普遍存在的现象。机械振荡器是这类系统的典范，但在纳米尺度上实现它们是具有挑战性的。我们报告的机械动力学的一对optomechanical晶体腔，相互耦合的机械链接和支持独立的光学模式的同步。在这个制度中，他们振荡的反相，这是在我们的数值模型，考虑反应耦合的预测。最后，我们展示了如何暂时禁用同步的耦合系统，通过驱动一个腔与加热激光器，使两个腔独立振荡。我们的结果可以升级到两个以上的腔，因此是实现同步光机械振荡器集成网络的第一步。这样的网络承诺无与伦比的性能为时间保持和传感的目的，并揭示了一个新的路由神经形态计算应用。
2018-10-14 physics.optics
Broadband Tuning of Optomechanical Cavities
我们展示了宽带调谐的光机械微腔光学谐振探索大的光机械耦合的双轮微腔和其独特的低机械刚度。使用泵浦激光器，只有13毫瓦，在电信波长，我们显示氮化硅微腔谐振超过32 nm的调谐。这对应于仅400 $μ$ W/nm的调谐功率效率。通过选择相对低的光学Q谐振（$\approx$ 18，000），我们防止腔达到再生光机械振荡的状态。由光学梯度力引起的静态机械位移估计高达60 nm。
2011-01-27 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
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
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
Dispersive coupling and optimization of femtogram L3-nanobeam optomechanical cavities
设计了一个用于光机研究的飞秒级L3纳米束光子晶体腔。通过在硅光子晶体板中放置三个空气槽来创建两个对称的纳米梁，其中去除三个孔。光学品质因数（Q）优化到52，000。纳米梁的机械频率高于600 MHz，这是由于它们的飞秒有效模态质量。光学和机械模式以超过200 kHz的真空光机械耦合率g 0/2 pi色散耦合。对于具有理想对称梁的结构，差分梁模式的锚固损失限制机械Q值估计大于10，000。空气缝的宽度和位置的变化的影响进行了研究。该器件可用作质量、力和位移的超灵敏传感器。
2012-06-03 physics.optics
Phonon and Photon Lasing Dynamics in Optomechanical Cavities
激光与其他光源的不同之处在于它们是相干的，它们的相干性使它们对基础研究和实际应用都不可或缺。在光机械腔中，声子和光子激射是由光子和声子强烈相互作用并相互相干激发的能力促进的。声子和光子的激光线宽对于实际应用是至关重要的。然而，到目前为止，这些线宽还没有在腔光学机械系统中详细研究。本研究探讨了光机械腔中激光的基本动力学，并在实验上演示了硅光机械晶体腔中窄线宽的光子和声子同时激光。我们发现，线宽可以占两个不同的物理机制在两个政权，即正常政权和反向政权，其中的固有光学衰减率是大于或小于固有的机械衰减率。在正常的制度，一个超窄的光谱线宽为5.4 kHz的声子激射在6.22 GHz的可以实现的泵浦光的线宽无关，而这些结果是违反直觉的光子激射在反向制度是无法实现的。这些结果为利用硅光子器件中光子和声子的相干性并重塑其光谱铺平了道路，可能会在传感，计量，光谱学和信号处理以及需要提供超高相干性的应用中开辟新技术。
2019-07-15 physics.optics
Kerr-optomechanical spectroscopy of multimode diamond resonators
本研究对金刚石微盘进行宽带光机械光谱分析，观察到频率高达10 GHz的高品质因子机械模式，并通过Fano干涉估计其光机械耦合超过10 kHz，结合高每声子应力，表明其适用于高频多模光机械和自旋-光机械耦合。
2023-06-17 physics.optics quant-ph
Diamond as a material for monolithically integrated optical and optomechanical devices
金刚石提供了优越的光学和机械材料性能，使其成为实现集成光机械电路的主要候选材料。由于金刚石衬底在尺寸上已经成熟，因此可以使用有效的纳米结构化方法来实现全尺寸集成器件。在这里，我们审查光学和机械谐振器制造的多晶以及单晶金刚石。我们提出了相关的材料性能方面实施光学机械设备，并将它们与其他材料系统进行比较。我们给出了金刚石集成光机械电路的概述，并提出了光学读出机制和通过光学或静电力，迄今已实施的驱动。通过将金刚石纳米光子电路与超导纳米线相结合，可以在这样的芯片上有效地检测单光子，我们概述了未来的单光子光机电路可以在这个平台上实现。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optomechanical coupling between two optical cavities: cooling of a micro-mirror and parametric normal mode splitting
我们提出了一种技术，旨在冷却谐振镜机械耦合到另一个振动镜的量子力学基态。我们的方法涉及两个光学腔之间的光机械耦合。我们表明，冷却可以控制的两个可移动的反射镜之间的机械耦合强度，两个振荡镜的机械模式之间的相位差和每个腔中的光子数。我们还表明，机械和光学冷却可以通过将能量从一个腔转移到另一个腔来实现。我们还分析了简正模分裂（NMS）的发生。我们发现，两个振荡镜的杂交与两个驱动光场的波动发生，并导致分裂的机械和光学波动谱。
2011-02-06 physics.optics
Dispersive optomechanics of supercavity modes in high-index disks
在这项工作中，我们研究了在电信波长的连续介质中的光学准束缚态和高折射率波长大小的圆盘中的GHz机械模式之间的色散耦合。我们表明，这样的腔可以显示与光机械晶体腔（$g_{0}/2π\backsimeq$ 800 kHz）的光机械耦合率的值。有趣的是，光学谐振与机械模式在远高于10 GHz的频率的光机耦合似乎是可以实现的。我们还表明，在基板上的机械泄漏，可以大大减少通过放置在薄的二氧化硅基座的磁盘。我们的研究结果提出了一种新的路线，超紧凑的光机械腔，可以潜在地安排在大规模的阵列，形成光机械元表面。
2020-09-17 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
Optomechanically induced optical trapping system based on photonic crystal cavities
本研究提出基于电介质光子晶体纳米束腔的新型光阱，利用光力学反作用突破传统光阱衍射极限等局限，数值模拟验证其可实现56nm窄阱宽的亚微米颗粒悬浮，光吸收较传统光镊降43倍，还可构建亚衍射极限动态势场，为精密传感和量子实验提供新途径。
2023-04-19 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
Linear negative dispersion with a gain doublet via optomechanical interactions
已经提出了包含负色散介质的光学腔作为通过创建白光信号再循环腔来提高激光干涉引力波（GW）探测器的灵敏度的手段。在这里，我们经典地证明了负色散可以实现使用的光机械腔泵浦的蓝色失谐偶极子。我们使用了85毫米的腔与腔内氮化硅膜。可调负色散证明，与相位导数$dφ/df$从$-0.14$ Deg $\cdot$ Hz $^{-1}$到$-4.2\times10^{-3}$ Deg $\cdot$ Hz $^{-1}$。
2015-02-21 physics.optics
Optomechanically induced transparency and cooling in thermally stable diamond microcavities
金刚石腔光机械器件为基于光子、声子和自旋之间的相干耦合的量子技术带来了巨大的希望。这些器件受益于金刚石的特殊物理特性，包括其低机械耗散和光吸收。然而，这些设备的纳米尺度和机械隔离可以使它们容易受到热光不稳定性时，在高腔内场强度需要实现相干光子-声子耦合操作。在这项工作中，我们克服了这些影响，通过工程设备的几何形状，使操作与大光子数在以前的热不稳定制度的红色失谐。我们证明了光机械诱导透明与合作系数> 1和正常模式冷却从300 K到60 K，并预测这些设备将使相干光机械操纵的钻石自旋系统。
2017-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optomechanical photon shuttling between photonic cavities
光力驱动的光子器件的机械运动提供了光场之间耦合的深刻手段。这些光学机械效应的当前焦点一直是腔光学机械系统，其中共定位的光学和机械模式强烈地相互作用，以使光子和声子之间的波混合和机械模式的反作用冷却。或者，扩展的机械模式也可以在传播的光场或多个本地化的光学模式的距离诱导强烈的非局部效应。在这里，我们展示了一种新型的多腔光机械器件：“光子跷跷板”，其中扭转光机械运动可以在两个光子晶体纳米腔之间穿梭光子。跷跷板两侧各有一个谐振腔，其谐振频率通过设备的旋转进行反对称调制。将光子泵浦到一个腔中激发光机械自振荡，其强烈地调制腔间耦合并且在每个振荡周期期间以良好调节的方式将光子穿梭到另一个空腔。
2014-09-03 physics.optics quant-ph
Large-amplitude diamond optomechanics by traversing a nonlinear attractor
Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）
本文通过利用钻石光学机械腔的双稳相空间，实现了机械谐振子振幅的近十倍提升，展示了非线性吸引子工程在大振幅相干声子生成中的应用潜力。
2026-03-19 physics.optics
Influence of thermal effects on the optomechanical coupling rate in acousto-optic cavities
本文提出一种新理论方法确定热效应对光机械耦合率的修正，并在硅和金刚石OM晶体腔中进行光-热-机械模拟，发现不可忽略的负频移热修正，有助于更准确预测OM相互作用强度。
2024-01-09 physics.optics
Optical coupling to nanoscale optomechanical cavities for near quantum-limited motion transduction
作为量子实验和经典计量学的测试平台的芯片级腔光学机械装置的发展中的一个重大挑战在于将来自纳米级光学模体积的光耦合到传统的光学元件，例如透镜和光纤。在这项工作中，我们展示了一个高效率，单面光纤耦合平台的光机械腔。通过在光子晶体拉链腔和固定光纤之间引入一个绝热波导锥来实现单模转换，在腔谐振波长为1538nm处，实现了52%的腔内光子收集效率。在3.3 MHz的基本面内机械共振的位移波动的光学平衡零差测量表明，不精确的噪声地板在于一个因素的2.8以上的标准量子限制（SQL）连续位置测量，与预测的总增加噪声的1.4声子在最佳的探测功率。极低的测量噪声和强大的光纤对准的组合提出了对这些类型的集成微光机械腔的单声子灵敏度的重大进展。
2013-02-07 physics.optics quant-ph
Dual-mode phonon dynamics and lasing in optomechanical cavities
本文利用完整非线性分岔理论对光机械腔中双模声子激射动力学进行分类与预测，揭示单模、双模激射、模式同步及准周期时间晶体等多种区域，并阐明其与超临界和亚临界分岔及迟滞行为的关系，为光机械频率梳研究开辟新路径。
2025-05-06 nlin.PS physics.optics
Entanglement of two hybrid optomechanical cavities composed of BEC atoms under Bell detection
本文首先研究了由一维玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）构成的光机械腔中各部分之间的二体纠缠。研究了在弱的光-原子耦合常数下原子碰撞对BEC行为的影响，并对BEC进行了Bogoliubov近似。其次，在上述条件下，我们提出了一个包含三方系统的纠缠交换协议方案。在我们的研究中，我们考虑的情况下，BEC，移动的镜子，和光学腔模式在高斯状态下的协方差矩阵（CM）。通过对输出光场模的Bell测量，我们证明了在不同光机械腔中，两个BEC、两个运动镜以及BEC镜模之间的远程纠缠是如何产生的。
2016-12-31 physics.optics quant-ph
Direct laser-written optomechanical membranes in fiber Fabry-Perot cavities
本文在光纤法布里-珀罗腔内实现三维激光写入聚合物薄膜的腔光机械耦合，获得约30 kHz真空耦合，并展示低温下超线宽的光机械弹簧调谐及可扩展集成平台。
2024-01-23 physics.optics quant-ph
Tuning and Stabilization of Optomechanical Crystal Cavities Through NEMS Integration
纳米束光机械晶体，其中本地GHz频率的机械模式耦合到波长尺度的光学模式，正在采用在各种不同的材料平台的实验。在这里，我们展示了静电调谐和稳定的这样的设备，通过集成的Si $_3$ N $_4$槽模式光机械晶体腔与纳米机电系统（NEMS）的元素，它控制的位移内的光学近场的光机械腔的一个额外的“调谐”光束。在DC操作下，观察到在几个光学线宽上的光学腔波长的调谐，而光学品质因数（$Q\approx10^5$）几乎没有退化。测量调谐机构的AC响应，揭示在10 MHz至20 MHz范围内的致动器谐振频率，与模拟的预测一致。的光学模式谐振频率的闭环控制进行了演示，并提出了替代致动器的几何形状。
2018-06-25 physics.app-ph 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
Hybrid confinement of optical and mechanical modes in a bullseye optomechanical resonator
光机械腔已被证明是探索机械波和光波之间相互作用的基础和技术方面的一种特殊工具。这种相互作用强烈受益于具有大的光机械耦合、高的机械和光学品质因数以及大于光学模式线宽的机械频率（所谓的分辨边带极限）的腔。在这里，我们展示了一种新型的光学机械腔的基础上，一个径向机械带隙的磁盘。这种设计通过不同的物理机制限制光和机械波，这允许独立控制机械和光学特性。我们的器件设计不受独特材料特性的限制，并且可以很容易地进行调整，以允许与其他有前途的材料进行大的光机械耦合和高的机械品质因数。最后，我们的演示是基于在商业硅光子学设施上制造的器件，表明我们的方法可以很容易地扩展。
2016-05-20 physics.optics
Backaction limits on self-sustained optomechanical oscillations
本文用解析和数值方法研究了耦合到光腔中的机械振子的最大振幅。谐振器上的光学反作用使得能够实现自持振荡，其极限环由腔的动态范围设定。研究了未分辨腔和分辨腔的反作用过程的最大振幅和声子产生量子效率。量子效率远远超过一个被发现在解决边带制度的振幅低。另一方面，在未分辨系统中发现最大振幅。最后，机械非线性的作用。
2012-11-07 physics.optics
Single crystal diamond nanobeam waveguide optomechanics
光机械装置灵敏地利用光来激发和致动纳米机械结构的运动。单晶金刚石有望提高光机械器件的性能，同时也为纳米机械与金刚石色心自旋和相关量子技术的接口提供了机会。在这里，我们展示了耗散波导-光机耦合超过35 GHz/nm的金刚石纳米梁支持光波导模式和机械谐振，并使用这种光机耦合测量纳米梁位移的灵敏度$9.5$ FM/ $\sqrt{\text{Hz}}$和光学带宽$>150$ nm。纳米梁是由体光学级单晶金刚石使用可扩展的底切蚀刻工艺制造的，并且在室温下支持具有品质因子$2.5 \times 10^5$的机械共振，并且在低温条件（5 K）下支持具有品质因子$7.2 \times 10^5$的机械共振。机械自振荡，光热效应和光学机械效应之间的相互作用，观察到超过200 nm的振幅为子$μ$ W吸收的光功率，表现出潜在的光学机械激发和操纵的金刚石纳米机械结构。
2015-04-28 cond-mat.mes-hall 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
Phonon Quantum Nondemolition Measurements in Nonlinearly Coupled Optomechanical Cavities
在腔光学力学领域，声子数的量子非破坏（QND）测量的建议提供了一个有前途的途径，人们可以通过它来研究纳米机械谐振器的量子性质。在这里，我们调查这些QND测量的光学机械系统，其中二次耦合出现由于共享的对称性之间的一个单一的光学谐振和机械模式。我们建立了一个宽松的限制量的线性耦合，可以存在于这种类型的系统，同时仍然允许一个QND测量Fock状态。这种新的条件使光学机械QND测量，可用于探测介观力学Fock态的退相干，为量子坍塌理论提供了实验测试平台。
2018-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Effects of phase-gradient on the nonadiabatic dynamics and photon-phonon conversion in one-dimensional array of optomechanical cavities
该研究理论探讨了驱动激光相位梯度对一维光机械腔阵列中光子-声子耦合及非绝热动力学的调控机制，揭示了相位诱导带隙改变和模式权重控制的作用，并分析了相位对有限尺寸阵列中相干转换的影响。
2025-05-01 physics.optics quant-ph
Semiconductor-on-diamond cavities for spin optomechanics
针对金刚石悬浮器件加工难和易发热问题，提出无需底部掏空的半导体-金刚石平台，设计出兼具高耦合与低耗散的光力学晶体腔，实现了与金刚石自旋量子比特的光力学耦合，为量子信息处理器件提供了新途径。
2023-02-09 physics.optics quant-ph
High Q-factor diamond optomechanical resonators with silicon vacancy centers at millikelvin temperatures
本文在毫开尔文温度下实现了金刚石光机械晶体中 6 GHz 声学模式线宽 13 kHz（Q 值约 44 万）的纪录，并研究了硅空位中心的光学与自旋特性，为构建相干自旋-声子界面奠定基础。
2023-10-28 physics.optics quant-ph
Single-crystal diamond low-dissipation cavity optomechanics
单晶金刚石腔光学机械设备是混合量子系统的一个很有前途的例子：通过将机械共振耦合到光和电子自旋，它们可以使光子控制固态量子比特的新方法成为可能。然而，从高质量的金刚石芯片实现腔光学机械器件一直是一个突出的挑战。在这里，我们展示了单晶金刚石腔光学机械设备，可以使光子-声子-自旋耦合。观察到腔光机械耦合到$2\,\text{GHz}$频率（$f_\text{m}$）机械共振。在室温环境条件下，这些共振具有低耗散（机械品质因数，$Q_\text{m} > 9000$）和高频率的记录组合，其中$Q_\text{m}\cdot f_\text{m} \sim 1.9\times10^{13}$足以实现室温单声子相干。该系统在红外和可见光波长处具有高的光学品质因数（$Q_\text{o} > 10^4$）共振，几乎是边带分辨的，并且具有光机械协同性$C\sim 3$。通过辐射压力激发的机械自振荡，其31 pm的振幅被预测为提供0.6 MHz的耦合率到金刚石氮空位中心基态跃迁（6 Hz /声子），和$\sim10^5$更强的耦合率到激发态跃迁的金刚石电子自旋的设备的光机械控制的潜力被证明。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical modulation of coherent phonon emission in optomechanical cavities
光机结构非常适合研究光子-声子相互作用，它们也被证明是声子电路和量子计算的潜在构建模块。在声子电路中，信息由声子携带和处理，由于其优异的耦合效率，光机结构可以用作光子和电子的界面。在声子电路所需的组件中，这种结构可用于创建相干声子源和检测器。除了发射或检测之外的复杂功能仍然具有挑战性，在完整的网络中解决单个结构是一个巨大的挑战。在这里，我们提出并证明了一种方法来调制相干发射从光机械晶体通过外部光泵浦，有效地创建一个声子开关工作在环境条件下的压力和温度和工作速度（5 MHz）仅限于机械运动的光机械结构。我们还展示了另外两个开关方案：谐波开关，其中的机械模式保持活跃，但不同的谐波的光学力被使用，和切换到和从混沌政权。此外，这里提出的方法允许选择任何单个结构而不影响其周围环境，这是迈向自由可控的光机械声子发射器网络的重要一步。
2018-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Telecommunication-wavelength two-dimensional photonic crystal cavities in a thin single-crystal diamond membrane
我们展示了二维光子晶体腔工作在通信波长的单晶金刚石膜。我们使用高光学质量和薄（~ 300 nm）的金刚石膜，由多晶金刚石框架支撑，实现完全悬浮的二维光子晶体腔与高的理论品质因数~ $8\times10^6$和相对较小的模式体积~2 $(λ/n)^3$。使用电子束光刻和垂直干法蚀刻在膜中制造腔。我们观察到腔谐振在一个宽的波长范围内跨越电信O-和S-波段（1360 nm-1470 nm）的Q因子高达~1800。我们的方法提供了一个新的方向，芯片上的金刚石纳米光子应用在结晶波长范围内。
2021-10-26 physics.app-ph physics.optics
Frequency comb generation in active optomechanical cavities
Sri Guru Tegh Bahadur Khalsa College, University of Delhi（德里大学斯里古鲁泰格·巴哈杜尔·卡尔萨学院）；Birla Institute of Technology and Science Pilani, Dubai Campus（比拉理工学院迪拜校区）
本文数值研究电泵浦VCSEL与悬浮镜双机械模式耦合的主动光机械腔中频率梳的产生，发现机械品质因数控制梳线强度、共振频率决定频谱分布、初始振幅影响阈值电流，同时激发双模式可产生更丰富的分量。
2026-10-01 physics.optics quant-ph
Optomechanics with one-dimensional gallium phosphide photonic crystal cavities
磷化镓具有高折射率（$n>3$适用于4 μm以下的真空波长）和宽电子带隙（2.26 eV）的优点，可实现在通信波长下具有小模体积和低双光子吸收的光学腔。因此，由于强烈限制的光场而产生的加热大大减少。在这里，我们调查的好处，这些性质的空腔光学力学。利用最近发展起来的基于直接键合的制作方案，我们实现了由磷化镓制成的集成一维光子晶体腔，其光学品质因数高达$1.1\times10^5$。我们优化了他们的设计，通过辐射压力耦合在$\approx 200$太赫兹的光学本征模的共定位机械模式的频率为3 GHz，产生边带分辨设备。高真空光机耦合率（$g_0=2π\times 400$ kHz）允许机械模式放大到所谓的机械激光区，输入功率低至$\approx 20$ μW。机械激光的观测暗示了$C>1$的多光子协同性，这是实现量子态传输协议的重要阈值。由于减少的热光共振位移，除了通常观察到的光机械诱导吸收之外，还可以在室温下检测到光机械诱导的透明度。
2018-12-03 physics.optics
Dissipative structures in optomechanical cavities
由于对多模光机械器件的特性越来越感兴趣，本文研究了一个大面积光腔的驱动模与可变形机械元件耦合的系统。两种不同的模型自然出现在这样的情况下，我们预测的周期性图案，局域结构（腔孤子），和畴壁，以及其他复杂的非线性现象的形成。此外，我们提出了一个现实的设计内腔膜的基础上，我们的模型可以进行实验研究。除了它的相关领域的非线性光学，这里提出的结果是一个必要的一步，了解量子特性的光机系统在多模制度的光学和机械自由度。
2015-06-21 nlin.PS physics.optics quant-ph
Exceptional points in diamond optomechanics
Institute for Quantum Science and Technology, University of Calgary（卡尔加里大学量子科学与技术研究所）；Department of Physics, University of Alberta（阿尔伯塔大学物理系）；National Research Council of Canada, Quantum and Nanotechnology Research Centre（加拿大国家研究委员会量子与纳米技术研究中心）；nanoFAB Centre, University of Alberta（阿尔伯塔大学纳米制造中心）
通过结构对称性破缺实现金刚石光机械晶体中的奇异点，观察混合模之间的光机械阻尼与反阻尼不对称重分布。
2026-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controllable double optical bistability via photon and phonon interaction in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了两个机械振子与两个腔体相互独立耦合以及腔体间直接隧道耦合的多模光机系统中的光学双稳现象。证明了通过调节驱动左腔的泵浦光强度，可以调节右腔平均腔内光子数的偏振态。在红边带区，平均腔内光子数相对大于蓝边带区。当控制场功率增大到某一临界值时，可以观察到右腔中腔内光子的双光学双稳态和机械谐振腔的两个稳态位置。此外，通过调节两腔之间的耦合系数以及腔模与机械模之间的耦合率，可以调节观察到双稳态和双稳态的临界值。
2021-05-12 physics.optics quant-ph
Diamond optomechanical crystals with embedded nitrogen-vacancy centers
混合量子器件，其中不同的量子元件组合以实现增强的功能，近年来由于其解决量子信息处理、通信和控制中的关键问题的令人兴奋的潜力而受到广泛关注。具体地，在混合机械装置领域中已经取得了显著进展，其中量子位耦合到机械振荡器。超导量子比特已经证明了这种设备中的强耦合，并且通过晶体应变将缺陷量子比特耦合到机械元件已经实现了量子比特测量和控制的新方法。在本文中，我们展示了嵌入氮空位（NV）中心的金刚石光机械晶体的制造，实现量子制度与缺陷量子比特混合机械设备的初步步骤。我们测量了金刚石光机晶体的光学和机械共振以及单个嵌入NV中心的自旋相干性。我们发现，自旋有很长的相干时间$T_2^* = 1.5 μs$和$T_2 = 72 μs$，尽管其接近纳米表面。最后，我们讨论了这些设备的潜在改进和未来的实验在量子制度的前景。
2018-11-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optimal unidirectional amplification induced by optical gain in optomechanical systems
提出了一种实现单向放大的光非互易传输的三模光机系统，该系统由两个耦合腔和一个只与其中一个腔相互作用的机械谐振器组成。另外，光学增益被引入到光机械腔中。研究发现，对于强的光输入，光透射系数可以在特定方向上被极大地放大，而在相反方向上被抑制。解析地给出了最佳透射系数和相应隔振比的表达式。我们的研究结果铺平了道路，设计高品质的非互易装置的基础上光机系统。
2020-08-04 physics.optics quant-ph
Strong Light Confinement in Rod-Connected Diamond Photonic Crystals
我们证明了仅使用电介质材料就可以将光限制在10^-3立方波长的体积内。模拟了高折射率棒连接金刚石（RCD）光子晶体中的低折射率（空气）腔。即使在最低体积下，这些空腔也显示出较长的储存时间（Q因子>10^6）。这种结构的制造可以开辟光子级相互作用的新领域。
2018-10-20 physics.optics
Spatial localization and pattern formation in discrete optomechanical cavities and arrays
本文从理论上研究了含有离散机械谐振器阵列的光机系统中非线性耗散结构的产生。我们考虑了两种混合模型，其中光学系统是连续多模场，因为它会发生在包含微镜阵列的OM腔中，并且还考虑了完全离散的模型，其中每个机械谐振器与单个光学模式相互作用，与Ludwig & Marquardt [Phys.Rev.Lett. 101，073603（2013）]。此外，我们研究了这两种类型的模型和连续OM模型之间的联系。虽然所有三种类型的模型自然合并在大量密集分布的机械谐振器的限制，我们表明，空间定位和连续OM模型中发现的斑图形成仍然可以观察到少量的机械元件，即使在有限尺寸效应的存在下，我们讨论。这为该主题的实验方法开辟了新的场所。
2020-04-23 physics.optics quant-ph
Surface acoustic wave lasing in a silicon optomechanical cavity
集成光机械腔是一种很有前途的机械运动和导光模式的接口手段。最先进的演示依赖于严格限制在微米级区域内的光学和机械模式，以实现强大的光机耦合。然而，需要严格的光学机械限制和悬挂设备的一般使用阻碍了与外部设备的相互作用，限制了实现复杂电路的潜力。在这里，我们提出并证明了一种新的方法耦合自由传播的表面声波（SAW）和导光模式的光机械腔。该腔由具有亚波长间隔的硅纳米柱的周期性阵列形成，在绝缘体上硅衬底中实现。光泵浦产生一个强大的辐射压力，驱动柱的谐波振动，周期性变形的二氧化硅下包层和激发SAW。SAW的传播使腔周期变形，调制谐振波长以闭合光机耦合回路。基于这一概念，我们在实验上演示了声子激光器在室温和环境条件下的光泵浦功率低至1毫瓦。我们还展示了级联这一过程的可能性，实现了频率梳产生超过30谐波线。这些结果为实现集成波导与SAW之间的强双向耦合开辟了一条新的途径，在量子和经典领域具有广泛的应用潜力。
2022-03-11 physics.optics
One- and two-dimensional photonic crystal micro-cavities in single crystal diamond
固态光子量子技术的发展对于光与物质相互作用和量子信息科学的基础研究具有重要意义。金刚石已被证明是一种有吸引力的材料，用于集成量子信息处理，这是由于其色心的非凡性质，例如能够实现明亮的单光子发射和自旋量子比特。为了控制发射的光子并互连远距离的量子比特，需要在金刚石材料中直接制造微腔。然而，到目前为止，在高质量金刚石中生产光子器件一直是一个挑战。在这里，我们提出了一种方法来制作一个和二维的光子晶体微腔的单晶金刚石，产生的品质因数高达700。使用后处理蚀刻技术，我们调整腔模式到与硅空位中心的合奏的零声子线共振，并测量强度增强2.8倍。与小模体积光子晶体腔的可控耦合为基于单晶金刚石的更大规模光子量子器件铺平了道路。
2011-09-21 physics.optics quant-ph
Nanofabrication of high Q, transferable, diamond resonators
基于金刚石的光子电路的发展需要关键部件的稳健制造协议，包括金刚石谐振器和腔。在这里，我们提出了一维（纳米束）光子晶体腔体产生的单晶金刚石膜利用金属钨层作为一个约束，导电和可移动的硬掩模。使用钨代替更常规的氧化硅层使得制造过程具有良好的可重复性和可靠性。该过程产生高品质的金刚石腔的品质因数（Q因子）接近10 $^$ 4。最后，我们表明，腔可以拿起和转移到一个沟槽衬底上，实现完全悬浮的金刚石腔。我们的制造过程证明了金刚石膜作为更广泛的基于金刚石的量子光子电路的模块化组件的能力。
2021-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Spontaneous emission and collection efficiency enhancement of single emitters in diamond via plasmonic cavities and gratings
我们展示了一种基于等离子体孔径和光栅的方法，以提高金刚石中单个NV中心的辐射衰减率，同时提高其收集效率。我们的结构是基于金属谐振器周围的亚波长金刚石纳米柱与银膜，这可以提高嵌入的NV中心的自发发射率形成。然而，由于表面等离子体激元的损失和金刚石-空气界面处的反射，发射光子的收集效率仍然很低。在这项工作中，我们将光栅结构纳入等离子体腔系统，以减轻光子损失到这些通道。
2013-08-02 physics.optics quant-ph
Coupling of Nitrogen-Vacancy Centers to Photonic Crystal Cavities in Monocrystalline Diamond
通过耦合到使用标准半导体制造技术在单晶金刚石中制造的光子晶体谐振器，氮-空位中心的零声子跃迁速率被增强约70倍。对光谱过滤的零声子线的光子相关测量显示出反聚束，即收集到的光致发光主要由单个氮空位中心发射的特征。利用高分辨光致发光和光致发光激发光谱表征了氮-空位耦合中心的线宽和光谱扩散。
2012-02-03 physics.optics quant-ph
Rectangular Photonic Crystal Nanobeam Cavities in Bulk Diamond
我们演示了在金刚石块体中制备具有矩形截面的光子晶体纳米梁腔。在模拟中，这些腔具有超过100万的无载品质因数（Q）。测量的腔共振显示，在NV中心637 nm处的零声子线的1 nm范围内，光谱仪限制的品质因数大于14，000的基模。我们发现高腔产量在整个钻石芯片与确定性的谐振趋势，在整个制造的参数扫描。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.atom-ph
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
Hybrid Integration of GaP Photonic Crystal Cavities with Silicon-Vacancy Centers in Diamond by Stamp-Transfer
本文提出利用印章转移技术将磷化镓光子晶体腔与金刚石中硅空位中心集成，避免了金刚石刻蚀，实现了高达8900的腔品质因子和单缺陷共振激发，为量子网络提供了强光子-缺陷相互作用平台。
2022-12-13 physics.optics quant-ph
Full Silicon Pillar-based 1D Optomechanical cavities
针对垂直纳米柱运动信号转换难、光子晶体垂直光限制效率低的问题，提出基于顶部粗底部细硅纳米柱的全硅一维光子晶体腔，实验验证Q因子超1000，兼具优异机械性能与可扩展性，为力传感和生物传感提供新平台。
2024-05-28 physics.app-ph physics.optics
