Comparative numerical studies of ion traps with integrated optical cavities
我们研究了一系列的射频离子阱的几何形状，并调查其捕获电位的集成介质腔镜的效果。我们的目标是确定离子阱和腔的配置，最适合实现小腔体积，从而大的离子-光子耦合所需的可扩展的量子信息网络。特别是，我们调查的捕获电位失真所造成的介质材料的腔镜为不同的反射镜取向相对于捕获电极，以及反射镜错位。分析了反射镜材料的介电常数、表面电导率等对反射镜性能的影响，并研究了表面电荷对反射镜性能的影响。最小的捕获电位失真被发现，如果腔沿电极几何形状的主要对称轴对齐。这些腔配置也似乎是最稳定的任何镜子失调。
2016-10-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Unraveling the optomechanical nature of plasmonic trapping
纳米物体的非侵入性和超精确的光学操纵作为纳米技术和生物物理学中的一种强大的使能工具，最近获得了越来越多的兴趣。在这种情况下，自诱导反作用（SIBA）捕获在纳米光学腔中显示出独特的潜力，在低光强度下捕获和操纵纳米尺寸的物体。然而，SIBA效应的存在迄今为止仅通过其增强的捕获性能间接证明。在这篇文章中，我们首次提出了一个直接的实验证据的自我重新配置的光学潜力所经历的纳米粒子被困在一个等离子体纳米腔。我们的观察使我们能够进一步了解SIBA机制，并确定最佳条件，以提高基于SIBA的纳米光镊的性能。
2015-11-23 physics.optics
Deterministic integrated tuning of multi-cavity resonances and phase for slow-light in coupled photonic crystal cavities
我们提出了多个光子晶体腔的集成芯片级调谐。优化的实施方式允许通过在硅纳米膜上直接局部温度调谐来有效且精确地调谐多腔谐振（高达~1.60 nm/mW）和腔间相位（~ 0.038 pi/mW）。通过设计蛇形金属电极和仔细的电子束对准以避免腔模式重叠，耦合的光子晶体L3腔保持其高品质因数。确定性谐振和相位控制使得能够在电磁感应透明（EIT）的全光模拟与平顶滤波器线型之间切换，未来应用于捕获光子/光子晶体管和光电调制器。
2010-12-28 physics.optics
Trapping of a microsphere pendulum resonator in an optical potential
我们提出了一种方法来空间限制或畜栏的运动的微摆通过由两个同时激发的光学模式的光子分子，包括两个微球腔产生的光学力。我们讨论了如何在光子分子中产生的腔增强的光力可以创建一个约10 eV深和30 pm宽的光机械势，它可以用来捕获在任何给定的平衡位置的钟摆通过一个简单的选择激光频率。这一结果提供了非常精确的全光学自对准的微系统的机会。
2009-02-07 physics.optics
Nonradiating and radiating modes excited by quantum emitters in open epsilon-near-zero cavities
控制嵌入在光学腔中的量子发射体（QE）的发射和相互作用性质是在纳米尺度下工程化光-物质相互作用以及量子信息处理发展的关键技术。最先进的光学腔是基于高Q光子晶体和介质谐振器。然而，用更奇特的材料雕刻的空腔可能会获得更丰富的反应。在这里，我们从理论上研究了嵌入开放的ε近零（ENZ）腔中的量子阱的发射和相互作用性质。使用分析方法和数值模拟，它表明，开放ENZ腔提出了支持nonradiating模式独立的腔的外部边界的几何形状（形状，大小，拓扑结构.）的独特属性。此外，在辐射和非辐射模式之间切换的可能性使得能够动态控制QE的发射和QE之间的相互作用。这些现象提供了前所未有的自由度在控制和捕获领域内的光学腔，以及在腔光和声机械系统的设计。
2015-12-03 physics.optics
Observations of temporal group delays in slow-light multiple coupled photonic crystal cavities
我们证明了相干耦合高Q多腔光子晶体中的时间群延迟，在一个全光模拟电磁诱导透明。我们报告确定性控制的群延迟高达4倍的单腔寿命在我们的CMOS制造的室温芯片。在三维数值模拟和理论分析的支持下，我们的多泵浦光束方法可以控制单透明峰和双透明峰中的多腔谐振和腔间相位。驻波波长尺度的光子局域化允许芯片级光脉冲捕获和耦合腔QED的直接可扩展性。
2010-04-20 physics.optics
Optomechanical second-order sidebands and group delays in a Kerr resonator
从理论上研究了非线性克尔腔中的高阶光机诱导透明过程。确定了由克尔效应引起的光腔模式的频移，这导致信号及其高阶边带的非对称OMIT窗口。我们还发现，边带振幅和相关的群延迟敏感地依赖于克尔非线性的强度。这表明了利用各种非线性光学腔来增强或控制OMIT器件性能的可能性。
2018-01-26 physics.optics quant-ph
Multiplexed long-range electrohydrodynamic transport and nano-optical trapping with cascaded bowtie photonic crystal nanobeams
从理论上研究了具有蝴蝶结缺陷的光子晶体腔，该腔具有超高Q值和超低模体积，可用于低功率纳米级光捕获。通过利用蝴蝶结区域附近的水层的局部加热，结合施加的交流电场，该系统通过切换输入波长按需提供具有30 $\mathrm{μm/s}$的平均速度的颗粒向蝴蝶结区域的长距离电流体动力学运输。一旦传输到给定的蝴蝶结区域，光学梯度和吸引性负热泳力的协同相互作用使用mW输入功率将10 nm量子点稳定地捕获在深度为10 $k_\mathrm{B}T$的势阱中。
2022-04-13 physics.optics
Scalable trapping of single nanosized extracellular vesicles using plasmonics
本文提出几何诱导电体动力镊与纳米等离激元腔集成的混合纳米镊，实现数秒内并行、无热损伤地递送、捕获并增强成像单个纳米级细胞外囊泡。
2023-02-14 physics.bio-ph physics.optics
Exactly solvable model behind Bose-Hubbard dimers, Ince-Gauss beams, and aberrated optical cavities
本文提出Ince振子模型，用Ince多项式统一描述像差光学腔中的Ince-Gauss光束和双模Bose-Hubbard二聚体，并揭示由不同物理参数比驱动的拓扑转变。
2023-05-26 physics.optics
Resonantly Trapped Bound State in the Continuum Laser
腔在从量子力学到电磁学的波动现象中起着基本的作用，并决定了激光的时空物理。一般来说，它们是通过关闭所有波浪可以逃逸的“门”来建造的。我们报告，在室温下，在连续激光器的束缚态，利用光模式驻留在辐射连续，但仍然可能拥有任意高的品质因数。这些违反直觉的空腔是基于共振捕获的破坏性干扰的兼容模式。我们的实验演示打开了令人兴奋的途径与有趣的拓扑特性的相干光源的光学捕获，生物成像和量子通信。
2015-08-21 physics.optics
Efficient coupling between slanted bound states in the continuum cavity and plasmonic nanoantennas induced local field enhancement
在过去的几年里，光学纳米天线由于其能够有效地限制，局部共振，并显着增强电磁场在亚波长尺度上的能力，不断吸引人们的兴趣。然而，这种强限制可以通过在连续腔中使用光学纳米天线和倾斜束缚态的适当组合来进一步增强。在这里，我们建议协同桥梁的等离子体纳米天线和高光学质量因子腔，以数字演示三个数量级的局部强度增强。该混合系统为光学传感、光阱、非线性光学、量子光学等需要高度受限领域的应用开辟了新的途径。
2020-10-27 physics.optics
On-chip Light Trapping in Bilayer Moiré Photonic Crystal Slabs
最近在纳米谐振器的形成方面已经取得了显著的进展，该纳米谐振器支持超低损耗、紧凑的电介质光子晶体，该光子晶体具有在可见光或电信波长下操作的异常高Q模式。最近，研究人员在探索二维材料中的奇异电子相时，出现了对模态工程的新见解。这种现象与两层具有高周期性空间有序性的材料（如石墨烯）之间的角度扭曲有关。莫尔图案形成，并且在特定的魔角扭曲下，电子行为显著改变，享受平坦的能量-动量色散关系。电子双电子学有一个光学类比：双层莫尔光子晶体平板可以实现平带条件。在这些条件下，传播模式具有零群速度，从而在横向和垂直方向上引起布洛赫波的无动量捕获，产生高品质因子和非常小的模式体积，最终导致Purcell效应的增强。莫尔结构腔提供的显着不同的光定位手段、非常小的模体积以及整个莫尔图案的空间确定可以操纵自发发射。这为低阈值激光、单光子源、量子电动力学、光子电路和量子信息处理等应用提供了机会。
2022-04-15 physics.optics
Multidimensional optical trapping of a mirror
由于对引力波读出的严格噪声污染要求和法布里-珀罗腔中辐射压力引起的角不稳定性（Sidles-Sigg不稳定性），引力波探测器的对准控制一直被证明是一个困难的问题。我们提出了一种双载波控制方案，使用辐射压力来控制悬挂镜，捕获它在纵向自由度和一个角自由度的分析。我们证明了该方案可以控制Sidles-Sigg角不稳定性。它的限制基本噪声源是量子辐射压力噪声，与传统的角度控制方案相比具有优势。在附录中，我们还导出了控制方案中所用的光学弹性常数的精确表达式。
2014-06-06 physics.ins-det physics.optics
Optical trapping of the transversal motion for an optically levitated mirror
光机系统适合于在质量尺度的意义上阐明宏观尺度上的量子现象。系统应该与环境隔离，以避免隐藏量子信号的经典噪声。光学悬浮是一种很有前途的方法来隔离光学机械系统与环境。为了实现光学悬浮，需要捕获所有自由度。到目前为止，人们已经详细地研究了具有光辐射压力的反射镜的纵向捕获和旋转捕获，并通过各种实验进行了验证。然而，很少有人注意到的横向捕获的镜子。在这里，我们报告了一个开创性的结果，我们实验证实了横向捕获的法布里-珀罗腔的镜子使用扭摆。通过这个演示，我们实验证明，光悬浮是可以实现的，只有两个法布里-珀罗腔垂直对齐。这项工作为实现光悬浮和宏观量子系统铺平了道路。
2020-12-21 physics.optics quant-ph
Theory of self-induced back-action optical trapping in nanophotonic systems
光阱是物理学和生命科学中不可缺少的工具。然而，在要捕获的粒子的大小、其空间限制和所需的强度之间存在明显的权衡。这是由于较小颗粒的光学响应降低以及控制光场空间变化的衍射极限。因此，非常希望找到超越这些界限的技术。最近，一些使用纳米光子腔的实验已经观察到一种定性不同的捕获机制，称为“自诱导反作用捕获”（SIBA）。在这些系统中，粒子运动耦合到腔的谐振频率，这导致腔内场强度和所施加的力之间的强烈相互作用。在这里，我们提供了一个理论描述，第一次捕捉到了显着的后果范围。特别是，我们表明，SIBA可以被利用来产生动态重塑的陷阱电位，强烈的亚波长陷阱功能，并显着降低强度所看到的粒子，这应该有重要的意义，为未来的捕获技术
2015-05-11 physics.optics quant-ph
Phonon Trapping Lateral Field Excited Suspended Bulk Acoustic Wave Resonators (XBARs)
University of Bristol（布里斯托大学）
研究围绕薄膜体声波谐振器在现代无线通信中的应用，针对其声场限制问题，提出将横向场激发的悬浮体声波谐振器作为替代平台构建高效微波到光信号换能器，通过制造声子捕获声学微谐振器展示了模式限制和品质因数的提高。
2026-07-08 physics.app-ph physics.optics
Observation of miniaturized bound states in the continuum with ultra-high quality factors
由于光捕获在科学技术中的重要性，光捕获是光子学中的一个不断追求。人们已经探索了许多机制，包括使用禁止传出波的材料或结构制成的镜子，以及连续介质中的无镜但基于拓扑的束缚态。在这里，我们报告了一种复合的方法，以优化的方式组合在连续的反射镜和束缚态，以实现一类片上光学腔，具有高品质因数和小的模式体积。具体地，光被横向异质结构的光子带隙在横向方向上捕获，并且被连续体中的多个束缚态的星座在垂直方向上限制。其结果是，与大多数束缚态中发现的光子晶体板的离域布洛赫模式的连续，我们实现了在所有三个维度的光捕获和实验证明品质因数高达$Q = 1.09 \times 10^6$和低至$V = 3.56~ μm^3$在电信制度的模式体积。我们进一步证明了我们的方法的鲁棒性，通过多个制造设备的统计研究。我们的工作提供了一种新的光捕获方法，在光子集成、非线性光学和量子计算中具有潜在的应用前景。
2021-02-24 physics.optics
Quantum optical lattices for emergent many-body phases of ultracold atoms
将超冷气体限制在空腔中创造了量子捕获势的范例。我们表明，这使得桥梁模型与全球集体和短程相互作用的新的量子相位拥有两者的属性。有些相位的出现仅仅是由于量子光-物质相关性。由于全球性的，但空间结构，相互作用，量子物质和光波之间的竞争导致多模结构，即使在单模腔，包括离域的二聚体的物质场相干（债券），超越密度订单作为超固体和密度波。
2015-11-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Cavity optomechanics with Anderson-localized optical modes
将光子限制在空腔中增强了光与物质之间的相互作用。在腔光学力学中，这使得从光学力学引起的透明到宏观物体冷却到其运动基态的大量现象成为可能。先前在腔光学力学中的工作所采用的器件中，普遍存在的结构无序除了扰动谐振频率和品质因数之外没有发挥任何作用。更一般地说，无序之间的相互作用，这必须由统计物理学描述，和光学机械效应迄今尚未探索。在这里，我们演示了如何在空气槽光子晶体波导的侧壁粗糙度可以诱导足够强的反向散射的槽引导光创建安德森本地化模式的品质因数高达50万和模式体积低于衍射极限。我们观察到这些无序诱导的光学模式和开槽膜的面内机械模式之间的相互作用是如何由耦合率的分布，它可以超过$g_{\text{o}}/2π\sim 200$ kHz，导致机械放大通过optomechanical反作用的自持振荡。我们的工作构成了理解光学力学在多次散射制度的第一步，并开辟了新的视角，探索复杂系统与众多相互耦合的自由度。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
High finesse microcavities in the optical telecom O-band
光学微腔允许将光强烈地限制在小的模体积中并且具有长的光子寿命。这种限制显著增强了腔内光与物质之间的相互作用，其应用包括纳米颗粒的光学捕获和冷却、单光子发射增强、量子信息处理和传感。对于许多应用，直接进入模式体积的开放式谐振器是必要的。在这里，我们报告了一个可扩展的，开放式访问的光学微腔平台，模式体积< 30 $λ^3$和精细度接近$5x10^5$。这一结果大大超过了迄今为止法布里-珀罗腔所达到的最高光学增强因子。该平台为依赖于强光-物质相互作用的高性能量子设备提供了构建模块。
2021-04-06 physics.optics quant-ph
Van der Waals enhancement of optical atom potentials via resonant coupling to surface polaritons
目前的气相中性原子腔量子电动力学实验越来越依赖于激光冷却和光学、磁光或静磁捕获方法来提供亚微米级的原子局域化。在自由空间中难以实现，如果所需的原子位置接近固体表面的几百纳米内，则该目标进一步受到原子-表面相互作用的阻碍，如在结合单片电介质光学谐振器（例如微球、微环、微盘或光子晶体缺陷腔）的设置中的情况。通常在这种情况下，可以忽略范德华相互作用的最小原子-表面分离被认为是相关捕获方案的最佳定位点，但这种保守的策略通常会损害可实现的腔QED耦合强度。在这里，我们提出了一种新的方法来设计的光学偶极阱原子限制近表面，利用强的表面相互作用，而不是避免它们，并提出了基于$^{39}$ K原子和铟锡氧化物（ITO）的数值研究的结果。我们的理论框架指出了利用纳米图案化方法来设计原子-表面相互作用的新修饰的可能性。
2009-05-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nonlinear optical effects of ultrahigh-Q silicon photonic nanocavities immersed in superfluid helium
光子纳米腔是许多应用中的关键部件，因为它们能够捕获和存储光子并增强光与各种功能材料和结构的相互作用。在室温下，自由载流子和热光效应限制了硅光子腔中可以存储的最大光子数。为了减少这种影响，我们进行了第一次实验研究的光学非线性超高Q硅盘纳米腔在低温下在超流氦环境中。在高输入功率下，当温度越过液氦λ点时，腔透射谱表现出明显的蓝移双稳态行为。在更低的温度下，光谱恢复到对称的洛伦兹形状。在此条件下，我们获得了约40，000的大的存储腔内光子数，这最终受到本地氦相变的限制。理论计算和数值模拟解释了这些新发现。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optimized multifrequency light collection by adaptive self-ordering of scatterers in optical resonators
在高Q光学腔中，由接近腔共振的激光横向照射的移动光散射体形成有序图案，其最大化进入腔中的光散射并诱导光学自捕获。我们表明，这种结晶动力学的一般形式出现在多色泵浦场与几个腔模式。这里，颗粒以空间图案排列，最大化进入谐振器的总光收集。为了更改输入频率和强度，粒子动态地适应当前照明。有趣的是，系统对过去的配置保留了一些记忆，因此稍后重新应用相同的模式会更快地适应最佳的集体散射。在嘈杂的环境中，粒子探索更大的区域的配置空间花费大部分时间接近最佳散射配置。这种自适应的自排序动力学应该是可实现的，在广泛的系统范围内，从多模腔或纳米光纤陷阱的冷原子的分子或移动的纳米粒子内的光学谐振腔。
2014-07-24 physics.optics quant-ph
Spectral engineering of integrated photonic filters using mode splitting in silicon nanowire integrated standing-wave resonators
在耦合谐振腔中由相干光模干涉引起的模式分裂是光子谐振器中的关键现象，其可以导致强大且通用的滤波功能，与电磁诱导透明、Autler-Townes分裂、Fano共振和暗态非常相似。它不仅可以打破品质因数、自由光谱范围和物理腔长之间的依赖关系，而且可以导致群延迟响应和模式相互作用，这对于增强光-物质相互作用和非线性光学中的色散工程是有用的。在这项工作中，我们调查模式分裂的驻波（SW）谐振器实现的级联Sagnac环反射器（CSLRs），并证明其用于工程的光谱分布的集成光子滤波器。通过改变Sagnac环形反射器（SLR）的反射率和沿连接波导的相移，我们定制CSL谐振器中的模式分裂，以实现各种各样的滤波器形状，用于各种应用，包括增强光捕获，平顶滤波，Q因子增强和信号整形。我们提出的理论设计和比较的性能CSLR谐振器与三个，四个和八个SLR绝缘体上硅纳米线制造。我们实现了高性能和多功能的滤波器形状，通过不同的模式分裂，同意与理论。实验结果证实了我们的方法对实现灵活的频谱工程集成多功能SW滤波器的有效性。
2022-10-19 physics.optics
Towards thermal noise free optomechanics
热噪声通常大大超过光机械器件中的量子噪声，除非机械频率非常高或热力学温度非常低。本文介绍了一种新型光机器件的设计思想，该器件能够在音频频带内提高品质因数，而热噪声可以忽略不计。建议的系统包括一个最低限度的支持毫米级摆安装在一个双端镜晃动（DEMS）腔，是拓扑等效的中间膜（MIM）腔。高精细度腔内部的辐射压力允许高光学刚度、导致不想要的负阻尼的项的消除以及量子辐射压力噪声的抑制。我们解决了光学弹簧动力学的系统使用的哈密顿量，找到噪声谱密度，并表明稳定的光学捕获是可能的。我们还评估了各种损耗机制，其中最重要的是由于光学弹簧的加速损耗。我们表明，实际的设备，从0.1 Hz的质心摆频率开始，可以实现最大品质因数的$10^{14}$与光学弹簧加强频率1 - 10 kHz。质量为1 $μ$ g或更小的小型谐振器可以在100 kHz的频率下实现$10^{11}$的Q因子。这种器件的应用包括白光腔，用于改进引力波探测器，或能够在量子极限附近工作的传感器。
2016-08-22 physics.optics quant-ph
High precision micro-optical elements on fiber facets via focused-ion beam machining
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文利用聚焦离子束在单模光纤核心一步法制备微球、微螺旋和微阿基米德螺旋结构，实现高精度光学元件集成，应用于量子技术中的光纤微腔、中性原子捕获和自由空间量子网络链接。
2026-10-06 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
