Vertical engineering for large stimulated Brillouin scattering in unreleased silicon-based waveguides
硅基波导中的强声光相互作用通常需要释放硅芯以避免机械泄漏到下面的二氧化硅衬底中。这使制造复杂化，限制了热化，降低了机械鲁棒性，并且阻碍了单个芯片上的大面积光机械器件。在这里，我们克服了这个限制，采用垂直光子-声子工程。具体地，在硅引导芯和二氧化硅衬底之间插入厚氮化硅层有助于减少GHz频率声子泄漏，从而在未释放平台中实现大的布里渊增益值。我们得到的值的布里渊增益约300（Wm）$^{-1}$为不同的配置，这可能会进一步增加在低温下的操作。这些值应该能够观察到厘米级波导或更紧凑的环形谐振器中的布里渊相关现象。这一发现为在硅片上实现大面积无释放腔和波导光机械铺平了道路。
2020-11-04 physics.optics
A standardized file format and open-source analysis framework for Brillouin microscopy data
本文提出布里渊显微镜数据的标准化文件格式与开源工具，旨在促进数据获取与分析，统一该新兴领域。
2025-09-09 physics.optics
High Sensitivity and Specificity Biomechanical Imaging by Stimulated Brillouin Scattering Microscopy
非接触式无标记生物力学成像是揭示生物系统力学特性的重要工具，在工程、物理、生物和医学领域发挥着关键作用;然而，它代表了显微镜的一个重大挑战。自发布里渊显微镜满足了这一挑战，但通常需要长的采集时间或缺乏高特异性，用于检测具有高度重叠布里渊频带的生物力学成分。我们开发了受激布里渊散射（SBS）显微镜，提供内在的非接触式生物力学对比，并在大型标本内生成机械横截面图像，具有高机械特异性和像素停留时间，比自发布里渊显微镜提高了10倍以上。我们在不同的生物学应用中使用SBS显微镜，包括活的野生型秀丽隐杆线虫咽部区域的高频复合纵向模量的量化，活蠕虫头部对渗透应力的高频粘弹性响应的变化的成像，以及发育中线虫的体内机械对比介观
2019-10-07 physics.bio-ph physics.optics
Observation of Spontaneous Brillouin Cooling
虽然辐射压力冷却是众所周知的，但是来自声音的光的布里渊光的散射被认为是仅声光放大的过程。有人建议，在多共振布里渊系统中，当声子经历比光更低的阻尼时，冷却是可能的。然而，这种机制在传统的布里渊系统中是不可访问的，因为后向散射强制执行与高机械阻尼相关联的高声学频率。最近，在微腔中的前向布里渊散射已经允许进入低频声学模式，其中机械耗散低于光学耗散，根据冷却的要求。在这里，我们实验证明通过这样的前向布里渊过程中的微谐振器冷却。我们显示两个制度的布里渊过程的操作：声放大是传统的，但也是第一次，布里渊冷却制度。冷却由光泵和散射光介导，其跳动和电致伸缩地衰减机械模式的布朗运动。
2011-10-05 physics.optics quant-ph
Brillouin cavity optomechanics with microfluidic devices
腔光力学允许在微谐振器中的声子和光子模式的参数耦合，并且目前在各种各样的固态系统中进行研究。超流体光学力学被认为是实现超低光学和机械损耗的一条途径。然而，还没有关于非固相物质的光学力学实验的报道。光力学实验的直接液体浸没是具有挑战性的，因为声能简单地泄漏到设备周围的高阻抗液体。相反，在这里，我们将液体限制在中空谐振器内，从而能够在2 MHz至11，000 MHz的频率范围内光学激发机械回音壁模式（例如，在99 MHz时机械Q = 4700）。即使我们将流体粘度增加到高于血液粘度，振动也会持续。我们的设备能够利用液体进行光机械研究，而光通常从毛细管的外部干燥侧耦合，并且液体通过标准微流体入口提供。
2013-02-08 physics.optics
Stimulated Forward Brillouin Scattering in Subwavelength Silicon Membranes
National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本研究针对硅纳米光子波导中光机模式强交叠与紧限制的难题，提出结合两种周期晶格的双晶格策略，实现了超高布里渊增益，为片上光机相互作用调控提供了新途径。
2025-07-23 physics.optics
Brillouin resonance broadening due to structural variations in nanoscale waveguides
我们研究了结构变化（即缓慢变化的几何畸变和内部应变场）对纳米波导中受激布里渊散射（SBS）共振的宽度和形状的影响。我们发现，它们导致一个均匀的共振展宽通过两个不同的机制：首先，声学频率是直接影响通过机械非线性;其次，光波数的影响，通过光学机械非线性导致额外的声学频率偏移通过相位匹配条件。我们发现，这第二种机制是成比例的光机械耦合，因此，相关的SBS增益本身。它在模内前向SBS中不存在，而在后向散射中起重要作用。因此，在后向SBS中，增加光声重叠超过由制造公差限定的阈值将不再产生总斯托克斯放大的预期二次增加。最后，我们通过数值例子说明，在后向SBS和模间前向SBS中，两种符号相反的展宽机制的存在也为补偿几何展宽效应提供了可能。我们的结果可以转移到其他微和纳米结构的波导几何形状，如光子晶体光纤。
2016-01-12 physics.optics
High-speed impulsive stimulated Brillouin microscopy
本文通过SNR建模与相位、参考功率、采集时间多参数优化，并结合Matrix Pencil数据处理，构建高速ISBS显微镜，实现亚毫秒单像素成像和毫米级透明样品的无标记三维机械识别。
2023-12-06 physics.optics
Theoretical study on the stimulated Brillouin scattering in a sub-wavelength anisotropic waveguide: Acousto-optical coupling coefficients and effects of transverse anisotropies
对亚波长各向异性波导中的受激布里渊散射（SBS）进行了理论研究。考虑了波导材料的光学、光弹性和机械各向异性。首先，将SBS中由于光弹效应和运动界面效应引起的声光耦合系数的积分公式推广到光学各向异性波导中。然后，利用推广的公式，对具有强横观各向异性的椭圆纳米线中的SBS进行了数值模拟。在模拟中，弹性场的计算包括机械各向异性。在数值结果中发现了明显的强横向各向异性效应。最值得注意的是，一些弹性模式的SBS增益被发现是非常敏感的波导轴和主材料轴之间的小错位。详细的物理解释这一有趣的现象提供。这种有趣的现象意味着一种有吸引力的方式，更灵敏的SBS增益调谐，而不显着改变声子频率。
2017-09-21 physics.optics
Viscoelastic Characterization of Melanoma Cells Using Brillouin Spectroscopy
本研究利用自制共聚焦布里渊显微光谱仪获取黑色素瘤细胞的布里渊频移和FWHM值，非侵入性地表征其粘弹性，证明该技术可在亚细胞水平探测癌细胞力学特性，为癌症诊断和治疗策略开发提供依据。
2025-07-07 physics.bio-ph physics.optics
Differentiation of Wild-Type and CRISPR-Modified Colon Cancer Cells Using Brillouin Microscopy
本研究采用无创布里渊显微光谱法测量野生型与CRISPR修饰结肠癌细胞的力学特性，发现二者刚度和黏度存在差异，为癌症研究提供新的细胞力学分析手段。
2025-07-07 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Dispersive coherent Brillouin scattering spectroscopy
频域和时域布里渊散射光谱是材料和生命科学中读取复杂系统力学性质的有力工具。实际上，时域方法中的相干声学声子比频域方法中的非相干声学声子提供更好的深度分辨率和更强的信号。然而，它不允许多通道检测，因此，在信号采集速度方面存在不足。在这里，我们提出了布里渊散射光谱，跨越时域和频域，使相干声学声子的布里渊散射光的多通道检测。我们的技术映射的时间演化布里渊振荡的瞬时频率的色散激光脉冲。频域中布里渊振荡的光谱外差比时域方法提高了至少100倍的信号采集速度。作为一个概念的证明，我们成像异质薄膜和生物细胞在一个宽的带宽与纳米深度分辨率。因此，我们可以预见，我们的方法将催化未来的声子光谱向实时机械成像。
2022-05-12 physics.app-ph physics.optics
Observation of Brillouin optomechanical strong coupling with an 11 GHz mechanical mode
实现与高频声子的腔-光机强耦合为量子技术的发展提供了丰富的途径，包括量子态转移、存储和转导，以及使宏观声子自由度的几个基础研究成为可能。然而，实现这种与GHz机械模式的耦合已被证明是具有挑战性的，其中一个突出的障碍是许多材料中的材料和表面诱导的光学吸收。在这里，我们规避这些挑战，并报告观察光学机械强耦合到一个高频率（11 GHz）的熔融石英回音壁微谐振器通过电致伸缩布里渊相互作用的机械模式。使用光外差检测方案，反斯托克斯光从谐振腔背散射测量和正常模式分裂和避免交叉观察记录的光谱，提供明确的签名强耦合。通过使用辅助泵浦共振，光机械耦合率达到高达$G/2π= 39 \ \text{MHz}$的值，其中耦合主导光学（$κ/2π= 3 \ \text{MHz}$）和机械（$γ_\text{m}/2π= 21 \ \text{MHz}$）振幅衰减率。我们的发现为利用光和声进行光量子控制提供了一种很有前途的新方法。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Superfluid Brillouin Optomechanics
光学机械系统将电磁腔耦合到通常由固体物体形成的机械谐振器。这些系统可获得的现象的范围取决于机械谐振器的特性以及它耦合到腔场的方式。在这两个方面，由超流液氦形成的机械谐振器提供了几个吸引人的特征：低电磁吸收，高导热性，消失的粘度，众所周知的机械损耗，以及与低温腔的原位对准。此外，它提供的自由度与固体的自由度在性质上不同。在这里，我们描述了一个光学机械系统组成的微型光学腔充满超流氦。腔镜以近乎完美的重叠定义光学和机械模式，从而产生约3 kHz的光机耦合率。这种耦合被用来驱动超流体;它也被用来观察超流体的热运动，分辨平均声子数低至11。
2016-02-18 physics.optics quant-ph
Thermal Brillouin noise observed in silicon optomechanical waveguide
受激布里渊散射是最近在纳米硅波导中观察到的。令人惊讶的是，这些结构中的热驱动光子-声子转换尚未报道。在这里，我们注入一个光学探针悬浮硅波导和测量其相位波动的输出。我们观察到的机械共振约8 GHz的散射效率为$10^{-5} \, \text{m}^{-1}$和信噪比为2。观察结果与这些波导中的噪声理论以及受激测量结果一致。我们的方案可以简化纳米级波导中的机械签名的测量，并且是朝着更好地掌握这些新的连续光机械系统中的热噪声迈出的一步。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Full-field Brillouin microscopy based on an imaging Fourier transform spectrometer
本文提出基于成像傅里叶变换光谱仪的全场布里渊显微方法，利用布里渊光谱对称性实现每秒40,000条光谱的高速采集，较共聚焦方法提升约三个数量级，并保持高空间分辨率。
2024-09-03 physics.optics
Frequency-swept Brillouin spectroscopy
Michigan State University（密歇根州立大学）
提出一种基于频率扫描激光和频率选择器的布里渊光谱新方法，实现紧凑、散粒噪声限制下的测量，并有望通过多路复用实现快速力学成像。
2026-09-21 physics.optics
Brillouin optomechanics in the quantum ground state
体声波谐振器由于具有较长的相干时间以及与光子和超导量子比特的可控耦合，在微波-光转换器中具有重要的应用前景。然而，为了使光机械换能器在没有有害的附加噪声的情况下操作，机械模式必须处于量子基态。这在最近的基于其他类型的机械谐振器的转导演示中已经证明是具有挑战性的，其中激光的吸收引起声子模式的加热。在这项工作中，我们演示了基态操作的布里渊光学机械系统组成的石英体声波谐振器内的光学腔。该系统在稀释制冷机内的$\sim$ 200 mK温度下运行，这是通过设计系统使其在冷却期间自对准并且对机械振动相对不敏感而实现的。我们展示了几种声子模式的光机耦合，并进行边带不对称测温，以证明在基温下低于0.5声子的热占据。这构成了迄今为止在量子基态中测量的最重的（$\sim$ 494 $μ$ g）机械物体。进一步的测量证实，激光加热对声子占据的影响可以忽略不计。我们的研究结果为基于体声波谐振器的低噪声、高效率的微波-光转换铺平了道路。
2023-03-08 physics.optics quant-ph
Interplay of cascaded Raman- and Brillouin-like scattering in nanostructured optical waveguides
我们制定了一个通用的概念，工程光学模式和机械共振在一对光学耦合光导膜实现级联光散射到多个斯托克斯和反斯托克斯订单。利用施加在腹板上的光压力及其诱导的弯曲振动，具有非零截止频率的平坦声子色散曲线，我们展示了如何实现多个连续光学边带之间的精确相位匹配。我们预测连续波产生的频率梳的基本和高阶光学模式介导的向后和向前传播的声子，伴随着周期性逆转的机械和光学模式之间的能量流，而不使用任何类型的腔。这些结果揭示了新的可能性，通过同时拉曼样模内和布里渊样模间散射过程的剪裁光-声相互作用。
2017-12-11 physics.app-ph physics.optics
Stimulated optomechanical excitation of surface acoustic waves in a microdevice
声与光之间的受激布里渊相互作用是所有非晶态和晶态介质中最强的非线性光学效应，在光纤和块状材料中得到了广泛的研究，但在光学微谐振器中却鲜有研究。实验扩展这一原则的可能性，激发在光子微系统中的机械共振，传感和频率参考应用，仍然在很大程度上未被探索。挑战在于，微谐振器固有地具有大的自由光谱范围，而布里渊过程的相位匹配考虑需要附近频率的光学模式，但具有不同的波矢。我们依赖于高阶横向光学模式来放宽这一限制。在这里，我们报告的实验激发的机械共振范围从49至1400兆赫，通过使用前向布里渊散射。这些自然的机械共振在~100 μ m的二氧化硅微球中被激发，并且是表面声学回音壁类型。
2011-09-12 physics.optics quant-ph
High-extinction VIPA-based Brillouin spectroscopy of turbid biological media
布里渊显微镜是近年来发展起来的一种表征生物组织、细胞和生物材料力学特性的有力技术。然而，布里渊显微镜的潜力目前仅限于透明样品，因为布里渊光谱仪没有足够的光谱消光，以拒绝主要的非布里渊散射光的混浊介质。为了克服这个问题，我们开发了一个光谱仪组成的两个VIPA阶段和多程法布里-珀罗干涉仪。法布里-珀罗标准具作为一种超窄带布里渊光滤波器，具有高光谱消光和低损耗。我们报告了来自Intraperoid溶液和鸡肌肉组织内高达100微米深的无背景布里渊光谱。
2016-04-17 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Simultaneous Brillouin and piezoelectric coupling to a high-frequency bulk acoustic resonator
体声波谐振器支持鲁棒的、长寿命的机械模式，能够耦合到各种量子系统。在单独的工作中，这样的设备通过压电实现了与超导量子比特的强耦合，通过布里渊相互作用实现了与光学腔的强耦合。在这项工作中，我们提出了一种新的混合微波/光学平台，能够耦合到体声波通过腔增强的压电和光弹相互作用。该模块化可调系统实现了三维微波腔、高频体声波谐振器和法布里-珀罗腔之间的完全谐振和良好模式匹配的相互作用。我们实现了这种压电布里渊相互作用的x切石英，展示了强大的光机械相互作用和高协同性，使用光学腔增强的潜力。我们进一步展示了该器件如何作为一个双向电光机械换能器，量子效率超过$10^{-8}$，和一个可行的路径单位转换效率。高的光学灵敏度和在该系统中应用大的谐振微波场的能力也提供了一个新的工具，用于探测异常的机电耦合，我们证明通过调查（名义上中心对称）CaF $_2$和揭示寄生压电83 AM/V的这样的研究是新兴的量子技术的一个重要课题，并突出了这种新的混合平台的多功能性。
2023-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Brillouin microscopy - a revolutionary tool for mechanobiology?
细胞和组织的力学性质在细胞功能、发育以及疾病中的作用和重要性已得到广泛承认，然而目前用于评估它们的标准技术表现出固有的局限性。最近，一种新型的光学弹性成像，即布里渊显微镜，已经成为一种非破坏性的，标签和接触的方法，可以探测生物样品的粘弹性与衍射极限分辨率在3D。这引起了生物学和医学研究界越来越多的关注，但也引起了关于测量的物理量的解释和相关性的辩论。在这里，我们回顾了这一新兴技术，通过描述基本的生物物理学原理，并讨论了从异质生物物质产生的布里渊光谱的解释。我们进一步阐述了该技术的局限性以及其在生物学中的新见解的潜力，以指导来自各个领域的感兴趣的研究人员。
2019-01-07 physics.bio-ph physics.optics
A Telecentric Offset Reflective Imaging System (TORIS) for Terahertz Imaging and Spectroscopy
本文提出远心偏置反射成像系统TORIS，通过双镜扫描与远心f-theta透镜实现50 mm×50 mm视场内高速无畸变太赫兹成像，并验证其在实时水合传感与皮肤评估中的应用潜力。
2025-04-07 physics.app-ph physics.optics
Quantum-Enhanced Stimulated Brillouin Scattering Spectroscopy and Imaging
本研究首次利用低功率连续波激光器和铷原子蒸气产生的双模压缩光，实现量子增强受激布里渊散射，信噪比提升3.4 dB，为生物和材料科学的光谱与成像应用提供高灵敏度新方案。
2022-07-14 physics.optics quant-ph
Strong coupling at room temperature with a centimeter-scale quartz crystal
本文报道了一种室温下厘米级石英晶体光机械系统，通过独立控制泵浦功率和频率失谐，实现了体声波谐振器的强耦合，并观测到正规模劈裂和回避交叉，为宏观量子器件应用提供新途径。
2024-05-28 physics.optics quant-ph
Consensus Statement on Brillouin Light Scattering Microscopy of Biological Materials
本共识声明针对生物材料的布里渊光散射显微镜研究，提出了测量参数的报告建议并详述常见伪影，旨在提高不同实验条件下BLS研究的可比性，推动该领域的统一进展。
2024-11-18 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Harnessing quantum light for microscopic biomechanical imaging of cells and tissues
针对布里渊显微镜高强度激光易致光损伤的问题，提出量子光增强受激布里渊散射成像方法，提升信噪比与样本存活率，为活生物样本力学研究及临床应用开辟新路径。
2024-08-21 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
Investigation of Non-Radiative Relaxation Dynamics Under Pulsed Excitation Using Photon Absorption Remote Sensing: A Proof-of-Principle Study in Mechanical Sensing
本研究利用光子吸收遥感显微镜在GHz带宽下追踪微物体非辐射弛豫的亚纳秒动力学，提取光声时间轮廓以评估弹性质，为机械生物学提供新方法。
2025-02-27 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
