Feedback-cooling the fundamental torsional mechanical mode of a tapered optical fiber to 30 mK
该研究利用激光研究锥形光纤纳米纤维腰部的基础扭转机械模式，发现其品质因数高达10^7、Qf乘积达1 THz，并通过主动反馈将热运动从室温冷却至28(7) mK，为新型光纤传感器和混合量子光力学平台奠定基础。
2023-09-19 physics.ins-det physics.optics
Optical Refrigeration for an Optomechanical Amplifier
我们探讨的可行性，使用光学制冷作为一种低振动的冷却方法的相敏光机械放大器提出，以提高未来的引力波探测器的灵敏度。我们发现，适度的改进目前可用的冷却剂，光学制冷可以提高放大器增益的10倍，相对于什么是可能的辐射冷却。我们还表明，该技术不会增加显着的噪声放大器。这些结果表明，光制冷可以发挥重要的作用，在冷却光学机械设备。
2022-12-02 physics.ins-det physics.optics
Optomechanical measurement of photon spin angular momentum and optical torque in integrated photonic devices
光子携带线动量，并且在圆偏振或椭圆偏振时旋转角动量。在光与物质相互作用过程中，线动量的传递导致光动力，而角动量的传递则导致光力矩。包括辐射压力和梯度力在内的光学力长期以来被用于光镊和激光冷却。在纳米光子器件中，光学力可以显著增强，从而在经典和量子机制中产生前所未有的光学机械效应。相反，到目前为止，光的角动量和光矩效应在集成光子学中仍未被探索。在这里，我们演示了在双折射波导中传播的光子的自旋角动量的测量和使用的光转矩致动的光学机械设备的旋转运动。我们表明，的符号和大小的光扭矩是由光子偏振态，在芯片上合成。我们的研究揭示了光子偏振自由度的力学效应，并证明了它在集成光子器件中的控制。利用光矩和与光子角动量的光机械相互作用可以导致扭转腔光力学和光机械光子自旋轨道耦合，以及诸如光机械陀螺仪和扭转磁力测量的应用。
2016-03-29 physics.optics
Optomechanical cooling in a continuous system
辐射压力引起的光学机械耦合允许精细控制的微观和介观机械振荡器。这种利用光操纵甚至阻尼机械运动的能力-一种被称为动态反作用冷却的过程-已经成为新兴的腔光力学领域内一系列新现象的基础，从耗散工程到量子态制备。随着该领域向更复杂的复杂系统和动力学方向发展，人们对连续光机械波导中行波声子冷却的前景越来越感兴趣。在这里，我们首次在连续系统中演示了光学机械冷却。通过利用模间布里渊散射产生的色散对称性破缺，我们实现了连续模式的光学机械冷却在一个扩展的2.3厘米的硅波导，降低了温度的一个带的行波声子从室温超过30 K。这项工作表明，光学机械冷却是可能的宏观线性波导系统没有一个光学腔或离散的声学模式。此外，通过一个有趣的类型的波矢分辨声子光谱，我们表明，该系统允许optomechanical控制连续访问组的声子，并产生一种新形式的非互易水库工程。除了这项研究之外，这项工作还代表了在连续光机系统中实现一系列新颖的经典和量子行波操作的第一步。
2018-05-08 physics.optics
Role of Optical Density of States in Two-mode Optomechanical Cooling
研究了具有一个光学模的光机系统中声子的动态反作用冷却。具有两个光学模式的系统具有通过泵浦光和散射光两者的共振增强来达到显著更高的冷却速率的潜力。在这里，我们实验研究了双光态密度对光机械冷却的作用，以及热锁定对泵浦激光造成的偏离理论。使用这个，我们证明了一个室温系统的操作非常接近强耦合制度，预计饱和冷却。
2016-07-27 physics.optics quant-ph
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
Optomechanically-induced-transparency cooling of massive mechanical resonators to the quantum ground state
大质量机械物体的基态冷却仍然是一个困难的任务，受到未解决的机械边带的限制。我们提出了一种光机诱导透明冷却方案，在两个机械模耦合到同一个光腔模的纯光机系统中，在没有解决边带条件的情况下实现机械运动的基态冷却。我们表明，基态冷却是可以实现的边带分辨率$ω_{m}/κ$低至0.003。这为大质量宏观器件的量子操纵和高精度测量提供了新的途径。
2015-04-17 physics.optics quant-ph
Optomechanical compensatory cooling mechanism with exceptional points
布里渊散射光机系统的基态冷却受到实际样品缺陷的限制。本文提出了一种新的布里渊散射光机系统例外点补偿冷却机制。通过在光学和机械模式下使用EP，有效地补偿了有限的冷却过程。本文首次发现了由两个具有特定相对角度的缺陷诱导的双EP系统，它不仅具有主动控制光模耦合强度的功能，而且具有主动控制布里渊声子模的功能。我们的研究结果为多模系统中光-机相互作用的控制提供了新的工具，并为量子应用中基于声子冷却的量子态转移和量子接口协议的实现提供了可能性.
2022-09-07 physics.optics quant-ph
Ground-State Cooling of a Mechanical Oscillator via a Hybrid Electro-Optomechanical System
我们提出了一个同时耦合超导量子位和腔场的机械谐振器的基态冷却方案。系统地推导了描述混合系统动力学的哈密顿量。冷却过程由量子位上的红色失谐交流驱动器和光机械腔上的激光驱动器驱动。我们研究了单个系统在弱耦合和强耦合状态下的冷却，即，量子位辅助冷却和光机械冷却，并与有效的混合冷却进行了比较。结果表明，混合冷却是更有效的相比，单独的冷却机制，并可以适用于解决和未解决的边带制度。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Laser noise in cavity-optomechanical cooling and thermometry
我们回顾和研究量子和经典波动的作用，在最近的腔光学机械实验，现在已经达到了量子制度（机械声子占有率< 1），使用解决边带激光冷却。特别是，激光噪声加热的机械谐振器和光学转换的机械光谱的形式，修改量子和经典的激光噪声挤压，在各种测量条件下导出。利用这一理论，我们分析了我们最近的基态激光冷却和动态边带不对称实验与纳米光机械晶体谐振器。
2012-10-09 physics.optics quant-ph
Optomechanical dark-mode-breaking cooling
针对机械暗模阻碍多简并模式冷却的问题，在双膜腔光机械系统中引入额外腔模式耗散通道打破暗模，实现两近简并模式同步冷却，总声子数降低超一个数量级，向多谐振器基态冷却与纠缠迈出重要一步。
2024-12-20 physics.optics quant-ph
Coupling a small torsional oscillator to large optical angular momentum
我们提出了一种新的配置实现扭转光学力学：一个光陷风车形的电介质与拉盖尔-高斯腔模式包含角和径向节点的相互作用。与现有的方案相比，我们的方法可以耦合小于光学束腰的机械振荡器，以在原则上无限的轨道角动量，可以由一个光子进行，从而产生大量的光机械相互作用。结合小质量、大耦合和低箝位损耗的优点，我们的工作在概念上为扭转光学力学中的量子效应的观察开辟了道路。
2013-04-17 physics.optics quant-ph
Optomechanical cooling by STIRAP-assisted energy transfer $:$ an alternative route towards the mechanical ground state
标准的光机械冷却方法理想地需要弱耦合和腔阻尼率，这使得运动边带能够被很好地解析。如果耦合太大，则边带分辨冷却是不稳定的，或者旋转波近似可能变得无效。在这项工作中，我们描述了一个协议，以冷却耦合到一个光机械腔中的驱动光学模式的机械谐振器，这也是耦合到另一个辅助光学腔中的光学模式，和两个腔的频率调制。我们表明，通过调制驱动的振幅，以及，可以执行一种类型的STIRAP转移的占领从机械模式的有损辅助光学模式，从而导致冷却的机械模式。我们展示了该协议如何在各种制度，如强耦合和未解决的边带限制，可以优于正常的光学机械边带冷却。
2020-11-04 physics.optics quant-ph
Optical bistability and cooling of a mechanical oscillator induced by radiation pressure in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机械腔谐振器中平均腔内光场所表现出的非线性行为和机械振子的基态冷却效应的影响。光学双稳可以通过调节单个驱动激光器的频率和功率以及改变原子腔中的原子-腔耦合强度来控制。在良好和不良腔限制下对机械振荡器的冷却的研究表明，即使在室温下，与通用的光学机械设置相比，混合系统在冷却方面也更有效。从本质上讲，我们的工作着重于与原子腔的耦合对光机械腔中辐射压力效应的影响。
2015-03-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optomechanical cooling and self-stabilization of a waveguide coupled to a whispering-gallery-mode resonator
机械自由度的激光冷却是光力学领域最重要的成就之一。在这里，我们报告，第一次尽我们所知，有效的被动光机械冷却的运动耦合到回音壁模式（WGM）谐振器的独立波导。波导是8 mm长的玻璃纤维纳米钉，其具有在Ω/2π = 2.5 kHz处的基本弯曲谐振和1.2 10**5的Q因子。当以接近WGM谐振频率的光频发射250 μW激光时，我们观察到纳米尖峰谐振从室温冷却到1.8K。同时冷却的第一高阶机械模式也被观察到。的nanospike的整体布朗运动的强烈抑制，观察到的平均平方位移减少11.6 dB，表明强烈的光学机械稳定的nanospike和腔模式之间的线性耦合。冷却主要是由光热效应和纳米钉和WGM谐振器之间的光学力的组合引起的。结果是直接相关的WGM谐振器的许多应用，包括原子物理学，光学力学和传感。
2020-09-01 physics.optics
Optimal limits of cavity optomechanical cooling in the strong coupling regime
介观机械谐振器的激光冷却无论是在理论研究还是在实际应用中都具有重要意义。我们提供了一个一般的框架来描述强耦合制度的腔辅助反作用冷却。通过对冷却动力学的研究，我们发现平均声子数的时间演化是依赖于频率混合的光-机耦合强度的函数。进一步的分析结果表明，当系统本征模满足频率匹配条件时，可得到最佳冷却极限。本文还提出了用动态耗散冷却方法降低瞬态冷却极限的方法。研究结果为强耦合条件下介观机械谐振器的反作用冷却优化提供了指导。
2014-11-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Hybrid optomechanical cooling by atomic $Λ$ systems
我们研究了一个由腔光机械器件与超冷量子气体光耦合组成的混合量子系统。我们表明，超冷气体的色散特性可以用来显着修改的机械谐振器的光机响应。我们研究混合方案，其中机械谐振器耦合到超冷气体的运动或自旋自由度。在任何一种情况下，我们发现由于这种混合动力相互作用，光机械冷却的增强超过两个数量级。值得注意的是，基于腔光学机械设备的演示参数，我们确定制度，使基态冷却的谐振器从室温。此外，这里考虑的混合系统代表了一个强大的接口，使用超冷量子气体的状态准备，传感和量子操纵的介观机械谐振器。
2014-07-03 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Review of cavity optomechanical cooling
宏观力学系统的量子操纵在基础物理学和从高精度计量到量子信息处理的应用中都有很大的兴趣。一个关键的目标是将机械系统冷却到它的量子基态。本文重点介绍了利用腔增强光场与机械运动相互作用来降低热噪声的腔光机冷却技术。近年来在这一领域的理论和实验研究取得了显著的进展，在制备介观力学系统的运动量子基态方面取得了重大进展。本文首先介绍了腔光机冷却的量子理论，包括量子噪声方法和协方差方法，然后介绍了最新的实验进展。最后，新的冷却方法进行了讨论沿强耦合制度和冷却超出解决边带限制的方向。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controllable optical bistability and cooling of a mechanical oscillator in a hybrid optomechanical system
本文从理论上研究了来自超冷二能级原子系综腔的光反馈对光机腔中平均腔内光场所表现出的微扰行为的影响。结果表明，光学双稳态可以通过调节驱动激光的频率和功率来控制，并且在很大程度上受到反馈腔中原子系综的影响。从本质上讲，我们的工作强调的可能性，实现一个可控的光开关取决于混合相互作用，命令比一个单一的光机械腔的阈值功率低。此外，我们研究了在这个混合系统中的机械振荡器的光机冷却方面，平均声子数的时间演化表明在未解决的边带制度的振荡器的基态冷却。
2015-08-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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 cooling with generalized interferometers
在多程干涉仪，如Fabry-Pérot腔，表现出极大的灵敏度，不仅存在，但也对任何散射物体的运动在opticalpath. We考虑的一般情况下的干涉仪包括一个任意配置的通用“分束器”和计算的速度依赖的辐射场和施加在一个移动的散射体的光的力量。我们发现，一个简单的配置，其中的散射体相互作用的光学谐振腔，它是空间上分离的，也可以显着地提高光学机械摩擦。
2010-07-01 physics.atom-ph physics.optics
Active laser cooling of a centimeter-scale torsional oscillator
本文利用量子噪声极限光学测量与镜像光学杠杆技术，将厘米级扭转振子从室温激光冷却至10 mK，为实现扭转运动量子基态及引力量子性质力学检验奠定基础。
2025-04-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Improving the optomechanical entanglement and cooling by photothermal force
研究了辐射压力和光热力耦合作用下光机系统的冷却和纠缠。为了建立光热模型，我们推导了力的变形常数的表达式。利用线性化的量子朗之万方程，我们研究这样的系统的动力学。根据我们的分析，除了辐射压力和光热力的单独作用外，它们的互相关效应在系统动力学中起着重要的作用。我们还得到了这类系统中机械谐振子的声子数的精确关系式，并在弱耦合极限下得到了它的解析表达式。在强耦合区，我们发现利用光热压力可以使基态冷却更接近。详细研究了光热作用对光机纠缠的影响。根据我们精确的数值计算和近似的解析研究，尽管光热力是一种自然的耗散力，但它可以在定量和定性上改善光机纠缠。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gain-tunable optomechanical cooling in a laser cavity
本文研究了含有光学增益介质的腔-光机系统中腔镜的光学冷却。我们发现，在阈值以上，非相干泵浦激光的光学阻尼率是非常小的。然而，在存在外部相干驱动的情况下，相对于无源腔的光学阻尼率，光学阻尼率可以显著增强。我们表明，强度的非相干泵提供了一个管道，以调整阻尼率和最低可达到的声子数与相同的辐射压力，后者可以降低从被动腔，如果热的贡献是不可忽略的。我们还表明，该系统可以经历一个过渡，从弱光机耦合制度的强光机耦合制度作为非相干泵浦强度的变化。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Degenerate optomechanical parametric oscillators: cooling in the vicinity of a critical point
简并光机械参量振荡器是其中机械自由度耦合到经由外部泵浦激光器的参量下转换而非线性放大的腔模式的光学谐振器。在临界泵浦功率以下，下转换场是纯量子力学的，使得这种系统的理论描述非常具有挑战性。在这里，我们介绍一个理论的方法，是能够描述这种制度，即使在临界点本身。我们发现，下转换的字段可以引起显着的机械冷却，并确定这是一个冷却加热机制的过程负责。此外，我们表明，与天真的期望和半经典的预测，冷却是不是最佳的临界点，光子数是最大的。我们的方法打开了进一步分析混合耗散量子系统在临界点附近的可能性。
2016-02-16 physics.optics quant-ph
Optomechanical sideband cooling of a thin membrane within a cavity
我们提出了一个实验研究的动态反作用冷却的基本振动模式的薄的非透明膜放置在一个高精细光学腔。我们研究了辐射压力相互作用如何改变振动模式的力学响应，实验结果与耦合动力学的朗之万方程描述一致。实验是在解析边带机制中进行的，我们观察到冷却因子为350。我们还观察到与腔模频率相对于有效膜位置的扩展中的二次项相关的机械频移，这在其他腔光机设备中通常可以忽略不计。
2012-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamically induced robust phonon transport and chiral cooling in an optomechanical system
声子形式的声和热的传输可以受到无序诱导散射的限制。在电子和光学设置中，引入手性传输，其中载波传播表现出奇偶不对称性，可以消除弹性后向散射，并提供对无序的鲁棒性。然而，抑制无序诱导的散射从来没有被证明在非拓扑声子系统。在这里，我们实验证明了一个路径，实现强大的声子输运的存在下的材料无序，明确诱导手性通过奇偶选择性光机械耦合。我们发现，对称谐振腔的非对称光泵浦使得顺时针和逆时针声子的手征冷却变得非常明显，同时抑制了无序的隐藏作用。令人惊讶的是，这种被动机制还伴随着热负荷的手性减少，导致机械的光学冷却而不增加阻尼，这种效果没有光学类似物。这种技术可以潜在地改善谐振机械传感器的基本热极限，这是通过边带冷却无法实现的。
2017-06-19 physics.optics quant-ph
Observation of generalized optomechanical coupling and cooling on cavity resonance
光场与腔镜运动之间通过辐射压的光机耦合对于宏观量子物理的探索和引力波的探测具有重要意义。它已被用来冷却机械振荡器到其量子基态，并已被认为是提高GW检测器的灵敏度，例如通过光学弹簧效应。在这里，我们提出了广义的，即色散和耗散的光机耦合，与宏观（1.5毫米）^2大小的氮化硅（SiN）膜在腔增强迈克尔逊型干涉仪的实验表征。我们报告的第一次强大的光学机械冷却耗散耦合的基础上，即使在腔谐振，在良好的协议与理论。我们的结果将允许新的实验制度，在宏观量子物理和GW检测。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall gr-qc physics.optics
Intracavity-squeezed optomechanical cooling
宏观机械谐振器的量子基态冷却对基础物理和应用科学都具有重要意义。传统的激光冷却方法受到量子反作用的限制，需要通过机械边带分解才能冷却到基态。提出了利用腔内光压缩来突破量子反作用极限的设想。它对所有的耗散通道都产生量子干涉，并且在某些情况下可以完全消除腔耗散和由此产生的量子反作用的影响，并且无论边带分辨率如何都具有低得多的冷却极限。我们表明，我们的计划，使基态冷却在高度未解决的边带限制，它也超出了弱耦合制度，这提供了机会，宏观力学系统的量子操纵。
2019-10-11 physics.optics quant-ph
Competition between heating and cooling effects in an optomechanical oscillator using a squeezed field
本研究探讨压缩光对光机械振荡器冷却的影响，发现冷却与加热效应取决于压缩参数和相位，在特定相位下可实现显著降温，为优化冷却效率提供关键见解。
2025-05-27 physics.optics quant-ph
A theoretical framework for the Hamiltonian of angular momentum optomechanical system
光子同时携带线动量和角动量。在光与物质的相互作用过程中，线动量的交换导致光学力，而角动量的交换导致光学力矩。在量子光学力学中，光学力（光压或阻尼）的使用已经很长时间了，但是，光学力矩和光学角动量的使用却不是。在这里，我们提出了一个理论框架的基础上的光学角动量和光学扭矩的腔轨道和自旋角动量光机系统的哈密顿量，分别。利用该方法成功地得到了反射系数为非单位的微腔与多个扭振子组成的复杂角动量光机系统的哈密顿量。我们的结果表明，我们的理论框架的角动量光力学系统的哈密顿量的普遍适用性，并扩大了量子光力学的研究范围。
2022-09-24 physics.optics quant-ph
Optomechanical cooling and inertial sensing at low frequencies
本文提出了一种惯性传感器的设计，以实现高灵敏度和大的动态范围内的亚赫兹频率制度。通过将光学腔读出系统与单片制造的机械谐振器相结合，获得了高的加速度灵敏度。高灵敏度的外差干涉仪同时监测测试质量，具有广泛的动态范围，适用于低刚度谐振器。带宽调谐的光学反馈冷却的测试质量通过辐射压力相互作用，使用强度调制激光。分析了反馈系统的传递增益，以优化系统参数，使其达到最低冷却温度。为了实际实现惯性传感器，我们提出了一种级联冷却机制，以提高冷却效率，同时在低光功率水平下工作。整个系统布局呈现出紧凑、轻便的集成设计。
2022-09-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Ground-state cooling of dispersively coupled optomechanical system in unresolved sideband regime via dissipatively coupled oscillator
在色散耦合振荡器的光机械冷却中，仅可能在分辨边带区域中达到振荡器基态，其中腔模线宽小于被冷却的机械振荡器的谐振频率。在本文中，我们表明，色散耦合系统可以冷却到基态在未解决的边带制度使用辅助振荡器，这是耦合到相同的光学模式通过耗散相互作用。辅助振荡器的谐振频率接近目标振荡器的谐振频率;因此，辅助振荡器也处于未分辨边带状态。我们只需要一个单一的蓝色失谐激光模式来驱动腔。
2016-04-12 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Steady-state mechanical squeezing and ground-state cooling of a Duffing anharmonic oscillator in an optomechanical cavity assisted by a nonlinear medium
本文从理论上研究了由简并光参量放大器和端面移动镜组成的混合光机械系统，该系统被建模为刚性类Duffing非简谐量子力学振子。通过提供的系统参数的临界值对应于系统的稳态响应中的多稳态行为的出现的解析表达式，我们表明，硬化机械Duffing非谐性减少了多稳态区域的宽度，而光学参量非线性可以利用驱动系统的多稳态区域。我们还表明，适当的机械非谐强度值的稳态机械压缩和基态冷却的机械谐振子可以实现。此外，我们发现，非线性增益介质的存在可以导致改善的机械非谐性诱导的机械运动的冷却，以及机械压缩超过标准的量子极限3分贝。
2017-12-26 physics.optics quant-ph
Single-laser feedback cooling of optomechanical resonators
基于测量的控制已经成为制备纯量子态机械谐振器的重要技术，用于量子信息处理和量子传感。传统上，这需要两个单独的通道，一个用于探测运动，另一个作用于谐振器。在这项工作中，我们分析和实验证明了单激光反馈冷却技术，其中一个激光器用于探测和控制机械运动。我们使用的分析模型和实验表明，反馈冷却是可行的，在这种模式下，只要满足一定的稳定性要求。我们的研究结果表明，除了更实验上可行的建设，单激光反馈的干涉效应，实际上可以用来增强冷却在某些参数制度。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical read out and feedback cooling of a nanostring optomechanical cavity
氮化硅纳米线谐振器的940 kHz的机械谐振的运动的光学测量证明与读出的噪声不精确度达到37 dB以下的谐振器的零点波动。通过光学探测激光器的强度调制，辐射压力反馈用于将机械模式从初始室温占据$\bar{n}_{b} = 6.5 \times 10^6$（$T_{b}=295$ K）冷却和阻尼到声子占据$\langle n \rangle = 66 \pm 10$，表示模式温度为$T_{m} \approx 3$ mK。这五十年的冷却是由系统的大单光子协同$(C_{1} = 4)$和高量子效率的光学运动探测（$η_{t} = 0.27$）。
2015-06-03 physics.optics quant-ph
Optomechanical Transduction and Characterization of a Silica Microsphere Pendulum via Evanescent Light
与传统的色散控制系统相比，耗散光力学在制冷方面具有一些优势。在这里，我们研究的光学响应的类石英，微球摆，倏逝耦合到光纤锥。在回音壁谐振腔中，腔模和摆的运动导致色散和耗散的光机相互作用。这种独特的机制导致实验上可观察到的，不对称的响应函数的转导光谱，这可以用耦合模理论解释。的光机转导，以及它的关系，外部耦合间隙，进行了研究，我们表明，实验行为是在很好的符合理论预测。深入了解这一机制是必要的，以探索捕获和冷却耗散光学机械系统。
2015-06-17 physics.optics
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
5D cooling and nonlinear dynamics of an optically levitated nanodumbbell
真空中的光悬浮非球形粒子是扭矩传感、旋转量子力学、高频引力波探测和多种其他应用的优秀候选者。许多潜在的应用，如检测Casimir扭矩附近的双折射表面，需要同时冷却的质心运动和扭转振动（或旋转）的非球形纳米粒子。在这里，我们报告了悬浮纳米颗粒的第一个5D冷却。我们在线偏振激光器中同时冷却了悬浮纳米钟的3个质心运动模和2个扭转振动模。唯一未冷却的刚体自由度是纳米哑铃绕其长轴的旋转。这种自由旋转模式不直接耦合到光镊。令人惊讶的是，我们观察到它强烈影响纳米钟的扭转振动。这项工作加深了我们对悬浮纳米粒子的非线性动力学和旋转耦合的理解，并为实现其运动的完全量子控制铺平了道路。
2020-04-06 physics.optics quant-ph
Coherent feedback in optomechanical systems in the sideband-unresolved regime
制备接近其运动量子基态的宏观机械谐振器并产生与光的纠缠，为研究基础物理和开发新一代量子应用提供了巨大的机会。在这里，我们提出了一个实验上有趣的计划，这是特别适合于系统的边带未解决的制度，基于相干反馈与线性，无源光学元件，以实现基态冷却和光子-声子纠缠产生与光机械设备。我们发现，通过引入一个额外的无源元件-无论是一个窄线宽腔或一个反射镜与延迟线-一个光学机械系统在深边带未解决的制度将表现出类似的动态边带解决。有了这种新的方法，基态冷却和光机械纠缠的实验实现是目前集成的最先进的高Q机械谐振器。
2022-10-26 physics.optics quant-ph
Dynamic dissipative cooling of a mechanical oscillator in strong-coupling optomechanics
介观机械谐振器的冷却是腔光学力学中的主要问题。在这里，在强光机耦合制度，我们建议动态控制腔耗散，这是能够显着加快冷却过程，同时强烈抑制加热噪声。此外，动态控制能够克服量子反作用，并将冷却极限降低几个数量级。动态耗散控制提供了新的见解裁剪的光-机相互作用，并提供了探索宏观量子物理的前景。
2013-03-15 physics.optics quant-ph
Quantum optomechanical control of long-lived bulk acoustic phonons
Yale University（耶鲁大学）；Northern Arizona University（北亚利桑那大学）
本文提出了一种新的光学机械系统，实现了对高相干声子模式的量子控制，并展示了激光冷却超 massive 机械物体的实验成果。
2024-10-23 physics.optics quant-ph
Nonreciprocal control and cooling of phonon modes in an optomechanical system
声子共振器在从引力波探测器到蜂窝电话的设置中起着重要作用。它们可作为高性能换能器、传感器和滤波器，提供低功耗、可调谐耦合到各种物理系统，并与各种频率、材料和制造工艺兼容。声子谐振器的系统通常服从互易性，这确保了任何两个谐振器之间的声子传输系数与传输方向无关。必须打破互易性以实现在谐振器之间提供声能的单向传播的装置（诸如隔离器和循环器）。这些器件对于保护有源元件、减轻噪声和操作全双工收发器至关重要。到目前为止，非互易声子器件还没有结合强大的操作所需的功能：强非互易性，原位可调谐性，紧凑的集成，和连续操作。此外，它们仅适用于相干信号（而不是波动或噪声），并且仅在行波系统（而不是谐振器）中实现。在这里，我们描述了一个腔光学机械方案，产生强大的声子谐振器之间的非互易耦合。该方案提供约30 dB的隔离，并且可以通过施加到腔体的驱动音的相位简单地进行原位调谐。此外，通过直接监测谐振器的动态，我们表明，这种非互易性可以用来控制热波动，这种控制代表了一种新的资源，用于冷却声子谐振器。
2018-07-10 physics.optics quant-ph
A zigzag optical cavity for sensing and controlling torsional motion
提出一种锯齿形光学腔新概念，将扭转运动映射到腔长上，实现精密感测与操控，实验验证并预期灵敏度低于10^-19 N·m/√Hz，推动量子与引力界面研究。
2023-06-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Partial Optomechanical Refrigeration via Multimode Cold-Damping Feedback
本文对反馈作用下量子力学谐振腔热运动的部分致冷问题给出了一个完全解析的处理方法。与目标是隔离和冷却单个机械模式的标准腔光学力学相反，这里的目标是从大频率带宽内的许多振动模式中提取热能。我们考虑一个标准的冷阻尼技术，其中零差读出的腔输出场被馈送到一个反馈回路，提供了直接施加在机械谐振器上的冷却动作。分析和数值计算结果预测，低最终occupancy是独立的反馈所解决的模式的数量，只要冷却速率小于模间的频率分离。对于谐振器表现出几个几乎退化的模式对冷却是不太有效的，并获得了弱依赖于模式的数量。这些缩放暗示频率分辨机械谐振器的设计，其中通过同时的冷阻尼反馈可以实现有效的制冷。
2019-12-08 physics.optics quant-ph
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
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
Nonlinear dynamics and millikelvin cavity-cooling of levitated nanoparticles
光学机械系统探索和利用光与物质的机械运动之间的耦合。一个非线性耦合提供了丰富的新物理，在量子和经典制度。我们调查一个动态的，而不是通常研究的静态，非线性光学机械系统，包括悬浮和冷却的纳米球的混合电-光阱。光学腔提供线性位置和二次位置（非线性）光物质耦合的读出，同时在高真空中无限期地将纳米球冷却到毫开尔文温度。我们观察到冷却的线性和非线性运动，导致$10^5$倍减少声子数$n_p$，达到最终occupancy的$n_p = 100-1000$。这项工作使悬浮物体的腔冷却到量子基态变得触手可及。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Observation of optomechanical coupling in a microbottle resonator
在这项工作中，我们报告的光机械耦合，解决边带和声子激射在一个固体芯微瓶谐振器上的单模光纤。在机械频率f_m=33.7 MHz和f_m=58.9 MHz下，观察到品质因数（Q_m）分别高达1.57*10^4和1.45*10^4的机械模式。最大f_m*Q_m~0.85*10^12 Hz接近于在室温下克服机械运动的解析边带冷却的热退相干所需的理论下限6*10^12 Hz，这表明微瓶谐振器作为这种努力的可能平台。除了光学机械效应，散射诱导的模式分裂和振铃现象，这是典型的高品质的光学谐振，也观察到在微瓶谐振器。
2016-08-01 physics.optics
Coherent Atom-Phonon Interaction through Mode Field Coupling in Hybrid Optomechanical Systems
我们提出了一种新型的光机耦合，它使三方之间的相互作用的量子发射器，光学模式和宏观力学振荡器。这种相互作用使用了一种我们称之为模场耦合的机制：机械位移改变了光模场的空间分布，这反过来又调制了原子-光子耦合率。在适当设计的多模光机系统中，我们可以实现模式场耦合是系统唯一可能的相互作用途径的情况。这使得，例如，一个单一的激发发射器和声子之间的交换，创建非经典运动状态和机械基态冷却坏腔制度。重要的是，发射极-声子耦合率可以通过光学驱动场来增强，从而允许针对现实的实验参数主动控制强原子-声子耦合。
2016-10-17 physics.optics quant-ph
Solid-state laser refrigeration of a semiconductor optomechanical resonator
光热加热代表了限制许多纳米级光电和光机械器件（包括纳米激光器、量子光机械谐振器和集成光子电路）的性能的主要约束。尽管已经报道了辐射压力阻尼将光机械谐振器的单个振动模式冷却到其量子基态，但是迄今为止还没有报道光机械谐振器内的内部材料温度经由激光激发冷却。在这里，我们证明了直接激光制冷的半导体光机械谐振器> 20 K低于室温的基础上发射的上转换，反斯托克斯光致发光的三价镱离子掺杂在氟化钇锂（YLF）主机晶体。光学制冷介质谐振器的晶格有可能影响几个领域，包括扫描探针显微镜，弱力的传感，原子质量的测量，以及辐射平衡固体激光器的发展。此外，光学制冷谐振器在未来可能被用作一个有希望的起点，以执行运动冷却，用于在介观长度尺度上探索量子效应、集成光子器件内的温度控制以及量子材料的固体激光器制冷
2019-10-04 physics.app-ph physics.optics
Mechanical Squeezing in Quadratically-coupled Optomechanical Systems
本研究在二次耦合耗散光机械系统中，通过调制单频驱动激光振幅产生突破3 dB标准量子极限的强机械压缩，结合边带冷却实现Bogoliubov模式基态冷却，优化边带比增强压缩，在10^4热声子下仍能实现超3 dB压缩与强光机械纠缠。
2022-10-02 physics.optics quant-ph
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
