Focusing membrane metamirrors for integrated cavity optomechanics
本文提出在Si$_3$N$_4$薄膜上通过非周期光子晶体图案化实现高反射率聚焦超镜，并据此构建短腔长、高精细度的集成腔光力学系统，为高协同性垂直集成光力器件及精密力传感与量子转换应用提供新途径。
2024-02-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Geometric phase and o-mode blue shift in a chiral anisotropic medium inside a Fabry-Pérot cavity
在填充手征各向异性介质的法布里-珀罗腔中观察到透射峰的异常光谱位移。有效折射率值位于寻常折射率与非寻常折射率之间的区间之外。光谱位移的几何相位的贡献解释。问题的解决解析使用近似琼斯矩阵方法，数值上使用精确的Berreman方法和几何上使用广义Mauguin-Poincaré滚动锥方法。在法布里-珀罗腔中测量了4-甲氧基亚苄基-4 '-$n$ -丁基苯胺扭曲层的$o$模式蓝移.由于在离子表面活性剂掺杂的液晶层中的共面-扭曲构型转变，电诱导扭曲。实验证明了理论模型的有效性。
2015-09-19 physics.optics
Optomechanical damping of a nanomembrane inside an optical ring cavity
我们从实验和理论上研究了在介质镜制成的光学环形谐振腔中与光耦合的机械纳米振荡器。我们确定了一个光学机械阻尼机制，这是从根本上不同的众所周知的冷却驻波腔。然而，在驻波腔中，机械振荡使腔的谐振频率偏移，而在环形谐振器中，频率不改变。相反，节点的位置随着机械偏移而移位。我们推导出阻尼率和测试实验结果与氮化硅纳米膜。结果表明，必须考虑介质镜涂层的小缺陷的散射来解释测量的阻尼率的值。我们扩展了我们的理论模型，并考虑在腔中的第二个反射器，捕获镜后向散射的影响。这个模型也可以用来描述两个膜的情况，都与腔场相互作用。这可能是有趣的未来的工作同步的远距离振荡器耦合腔内光场。
2016-08-09 physics.optics
Optical instabilities in three-level lambda and V system inside double-cavity
我们获得了在低输入光水平下，由竞争合作路径引起的全光耦合系统的光学不稳定性。特别是对于三能级原子系统中的λ和V配置与两个独立的腔模相互作用，我们确定的必要条件相关的非相干路径所需的不稳定性。不稳定性的出现，当涉及到的原子态的跃迁是泄漏的，并有大量的人口，其中的非相干过程的不利影响的合作行为的原子系综。
2013-04-29 nlin.CD physics.optics quant-ph
Quadrupole transitions near interface: general theory and application to atom inside a planar cavity
用经典和量子电动力学方法研究了任意环境中原子的四极辐射。根据麦克斯韦方程组的格林函数，得到了衰减率的解析表达式。这两种方法的等价性。利用一般表达式分析了处于任意介电常数的两个半空间之间的原子的四极衰变率。结果表明，当原子靠近表面时，总衰变率与原子与界面距离的五次方成反比。
2005-04-19 physics.chem-ph physics.optics
Goldstone and Higgs modes of photons inside a cavity
Goldstone模和Higgs模已经在各种凝聚态、冷原子和粒子物理实验中被探测到。在这里，我们证明了这两种模式也可以在光学系统中观察到只有几个（人工）原子内的腔。我们通过研究$ U(1)/Z_2 $ Dicke模型建立了这种联系，其中$ N $量子比特（原子）耦合到单光子模式。通过在有限的$ N $上进行$ 1/J=2/N $展开和精确对角化（ED）研究，我们确定了超辐射相内的Goldstone模和Higgs模以及它们相应的光谱权重。当$ N $下降到$ N = 2 $时，我们发现两种方法所获得的结果之间几乎完全一致。在几个量子比特处的量子有限尺寸效应使得这两种模式对有效小的反向旋转波项非常鲁棒。我们提出了一些方案来降低临界耦合强度，因此，这两个模式可以观察到在几个实验系统中的（人工）原子内的一个腔，通过传统的光学测量。
2013-12-12 cond-mat.str-el physics.atom-ph physics.optics
The $E1$ & $M1$ Spontaneous Decay Rates for an Emitter Inside a Cavity Within a Medium
我们讨论了$E1$和$M1$自发衰变率的一个发射器内雕刻出一个巨大的，均匀的，同质的，各向同性的，线性的，无损的，dispersionless，和连续介质的一个真正的腔体。介质速率与真空速率之比由$Γ_m/Γ_0 = [G(u)]^2 n^3 / u$给出，其中$G(u) = 3u/(2u+1)$是局部场校正因子，$n = \sqrt{εμ/(ε_0μ_0)}$是介质的折射率，$ε(ε_0)$是介质（真空）的电容率，$μ(μ_0)$是介质（真空）的磁导率，并且对于$E1$跃迁为$u = ε/ε_0$或对于$M1$跃迁为$u = μ_0/μ$。
2015-04-21 cond-mat.other physics.optics
Cavity cooling of atoms: Within and without a cavity
我们比较了两种光学冷却方案的效率，其中单个粒子是在光学腔的内部或外部，在实验可实现的条件下。我们评估的冷却力使用的一般解决方案的传输矩阵方法的移动散射体内的一般一维系统组成的固定的光学元件。假设相同的原子饱和参数，我们发现，这两种冷却方案提供的冷却力和平衡温度的大小相当。
2011-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical focusing inside scattering media with time-reversed ultrasound microbubble encoded (TRUME) light
以可自由寻址的方式将光聚焦在散射介质内是具有挑战性的，因为散射光的波前是高度无序的。最近开发的超声引导波前成形方法正在解决这一挑战，尽管具有相对较低的调制效率和分辨率限制。在本文中，我们提出了一种新的技术，时间反转超声微泡编码（TRUME）的光学聚焦，这是能够聚焦光与提高效率和亚超声波波长的分辨率。该方法超声破坏微泡，并测量波前变化以计算和呈现用于聚焦的合适的时间反演波前解。我们证明了TRUME技术可以在气泡破坏部位产生尺寸约为2微米的光学焦点。由于非线性压力破坏响应，TRUME技术可以打破由超声焦点施加的可寻址焦点分辨率障碍。我们实验证明了2倍的可寻址的焦点分辨率的提高，在微泡聚集体目标。
2015-06-17 physics.optics
Fast binarized time-reversed adapted-perturbation (b-TRAP) optical focusing inside scattering media
光散射通过阻止聚焦而抑制生物组织内部深处的高分辨率光学成像、操纵和治疗。为了形成深焦点，已经开发了打破光学扩散限制的波前成形和时间反转技术。对于体内应用，这种聚焦必须提供高增益、高速度和大量空间模式。然而，以前的技术都不能同时满足这些要求。在这里，我们克服了这一挑战，通过快速测量扰动光场在一个单一的相机曝光，然后自适应时间反转的相位二值化扰动。因此，相位共轭波前在一毫秒内合成，比数字记录短两个数量级。我们演示了动态散射介质中的实时聚焦，并将激光散斑衬度成像扩展到新的深度。快速响应、高增益和大模式数的前所未有的组合使这项工作朝着体内深层组织光学成像、操纵和治疗迈出了一大步。
2015-06-02 physics.optics
Non-invasive chemically selective energy delivery and focusing inside a scattering medium guided by Raman scattering
拉曼散射是一种化学选择性探测机制，在工业和临床环境中具有多种应用。然而，大多数样品是光学不透明的，限制了拉曼探测在深度的适用性。在这里，我们展示了化学选择性的能量沉积后的散射介质相结合的光谱分辨拉曼散斑作为波前整形的反馈机制的测量与化学光谱的先验信息。我们展示了前所未有的六倍信号增强的epi-geometry，实现有针对性的能量沉积和集中在选定的拉曼活性粒子。
2022-02-21 physics.optics
Pulse propagation through a dispersive intracavity medium
本文从理论上研究了激光脉冲在腔内快光介质中的传输特性。使用传递函数来确定脉冲通过腔体之后的脉冲的方法是公知的。然而，这种方法不能用于确定腔内脉冲的行为。为了规避这一约束，我们使用的方法，首先找到一个自洽的解决方案的单色场的无限的空间和时间范围，并确定其振幅之前，内部和之后的腔。然后，我们通过添加一组这些波来构建高斯输入脉冲，适当地定相和加权，以表示腔之前的移动脉冲。在不同的时间间隔添加这些波，然后产生完整的空间分布，包括腔之前，内部和之后。我们首先通过分析脉冲通过空腔的行为来确认该模型的预测，并将输出的预测与传递函数方法产生的预测进行比较。然后，我们将该技术应用于包含快光介质的腔体。由此产生的模型使我们能够可视化脉冲的行为，因为它在腔内超光传播，并通过多次反弹与自己的干扰。对于消失的群指数，在脉冲进入腔后立即形成干涉图案，输出脉冲没有时间延迟或失真。本文的结果说明了脉冲在白光腔中传播的物理机制，这是我们早先提出的实现高带宽、长延迟数据缓冲系统的方法
2010-12-30 physics.optics
Interplay between Static and Dynamic Disorder: Contrasting Effects on Dark State Population inside a Cavity
本文研究了有损腔内分子发射体在静态与动态无序共同作用下的稳态光学响应，揭示了两者对暗态布居数的对比效应及其与极化激元态的相互作用，发现了Rabi分裂反转和暗态诱导的极化激元线宽变窄机制。
2025-03-13 physics.chem-ph physics.optics
The effects of cavity on the etendue of a light source
模拟结果表明，在不改变光源发射能量和光源尺寸的情况下，圆形光源周围的圆柱形腔可以减小发散角。该结果可以提供一种通过利用无损散射表面扰乱腔内的光线来减小光源的集光率的方式。实验表明，面源周围的金属腔减小了发散角。然而，金属表面也吸收相当大部分的光能。侧壁表面的朗伯性质将射线的方向改变为水平方向。它增加了腔内的反射次数，并放大了单次反射时的少量吸收。腔对光源的集光率的影响可以有助于在各种照明应用中提供更多的设计灵活性。
2011-04-01 physics.optics
Continuously tunable pulsed Ti:Sa laser self-seeded by an extended grating cavity
报道了一种利用扩展光栅腔自种子连续可调谐钛宝石激光器。通过在传统的单腔光栅激光器腔内插入一个部分反射镜，实现了两种振荡器：宽带功率振荡器和棱镜扩束器加衍射光栅的Littrow结构窄带振荡器。通过将光栅谐振腔振荡耦合到功率振荡器中，实现了功率增强的窄线宽激光振荡。与经典的光栅激光器相比，这种简单的修改显着增加了激光器的输出功率，而没有显着扩大线宽。由于大部分振荡激光功率被限制在宽带功率腔内并且较低的功率入射到光栅上，新的配置还允许较高的泵浦功率，这通常受到高振荡功率下光栅涂层的热变形的限制。
2016-11-25 physics.optics
Focusing inside Disordered Media with the Generalized Wigner-Smith Operator
我们介绍了一种波前整形协议，用于在无序介质内聚焦，该协议基于所建立的Wigner-Smith时延算子的推广。我们方法的关键要素是散射介质的（或传输）矩阵及其相对于目标位置的导数。本文给出了微波区的一个具体的实验实现，表明相应算符的本征态按它们的聚焦强度排序。范围从强烈集中在指定的目标完全绕过它。我们的协议的工作没有优化或相位共轭，我们希望它是特别有吸引力的无序介质中的光学成像。
2017-03-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
A controllable two-membrane-in-the-middle cavity optomechanical system
我们报道了一个法布里-珀罗腔中有两个介质膜的光机系统。测量了这种中间两膜系统的谐振频率，得到了有趣的类带结构图。该系统对系统参数具有很强的可控性。每个膜的位置和角度可以根据需要通过将两个膜分别放置在腔内来操纵。膜的振动模式的本征频率也可以用压电单独调谐。该方案可以直接扩展到中间多膜系统，其中涉及两个以上的膜。这样一个良好的可控多膜光学机械系统提供了一个很有前途的平台，研究非线性和量子动力学现象的多模光学机械与不同的机械振荡器。
2018-12-21 physics.optics
Non-invasive optical focusing inside strongly scattering media with linear fluorescence
散射介质内的非侵入式光学聚焦仍然是一个很大的挑战，因为非均匀介质散射入射光子用于聚焦和出射光子用于观察。已经报道了利用非线性荧光或超声的各种方法来解决这个困难。然而，这些方法的实施是复杂且非常昂贵的，因为必须采用超快激光系统或光声设备。在这里，我们展示了一种波前整形技术，仅使用线性荧光信号实现散射介质内的非侵入性聚焦（NiF）。利用线性荧光产生的非相干散斑的对比度和平均值作为反馈信号来优化输入波前。虽然增加散斑对比度使焦点更紧，增加散斑平均值增强强度，但在我们的两步优化中微调这两个因素的贡献是必不可少的。一个最佳的波前被发现同时实现微米焦斑大小（下至20微米直径）和高强度（超过100倍的增强）内的散射介质。我们的方法有望在生命科学中开辟一条新的途径，即用线性荧光剂聚焦、成像或操纵生物组织。
2020-02-04 eess.IV eess.SP physics.optics
Optimized Superconducting Nanowire Single Photon Detectors to Maximize Absorptance
对纳米腔阵列（NCA-）、纳米腔偏转器阵列（NCDA-）、纳米腔双偏转器阵列（NCDDA-）和纳米腔沟槽阵列（NCTA-）四种超导纳米线单光子探测器（I-A-SNSPD）在半波长、四分之三波长和一波长三个周期间隔内的色散特性进行了优化。能够使NbN吸收率最大化的最佳配置对应于S取向（90°方位角取向）中的周期性依赖倾斜。在NCAI-A-SNSPD中，由于光隧穿，在等离子体布鲁斯特角（PBA）处达到吸收率最大值。在NCDAI_（1/2）* λ_A的宽等离子体通带内、NCDAI_（3/4）* λ_A的平等离子体通带内和NCDAI_λ_A的窄等离子体通带内获得吸收率最大值。在NCDDAI_1/2* λ da-A带中，强耦合腔模和等离子体模交叉，在NCDDAI_3/4* λ da-A带中，形成了一个反向的等离子体带隙，而在NCDDAI_4 * λ da-A带中，在一个反向的小带隙中出现了一个窄的等离子体通带。吸收率最大值出现在等离子体激元通带内的NCTAI_1/2* λ da-A处，出现在等离子体激元带隙中心的NCTAI_3/4* λ da-A处，出现在等离子体激元带隙中心的NCTAI_4 * λ da-A处，出现在等离子体激元带隙中心的NCTAI_3/4* λ da-A处，出现在等离子体激元带隙中心的NCTAI_4 * λ da-A处。在垂直入射到NCTAI_xiaoda-A上时获得最高…
2015-09-21 physics.optics
System-environment coupling derived by Maxwell's boundary conditions from weak to ultrastrong light-matter coupling regime
在标准的腔量子电动力学（QED）理论中，腔（腔系统和光子库）内外光子之间的耦合是光子总数守恒的。然而，当腔光子与物质中的原子或激发态发生（超）强相互作用时，系统-库耦合必须从更基本的观点来确定。基于介电介质QED理论中的Maxwell边界条件，导出了腔内极化激元（非光子）和腔外光子总数守恒的量子Langevin方程和输入输出关系。
2013-04-08 physics.optics quant-ph
Efficient and long-lived quantum memory with cold atoms inside a ring cavity
量子存储器被认为是线性光量子计算和长距离量子通信的基本组成部分之一。实现可扩展的量子信息处理的一个长期目标是建立一个长寿命和高效的量子存储器。为实现这一目标作出了重大努力。然而，到目前为止，有效但寿命短或寿命长但效率低的量子存储器已经被证明。在这里，我们报告了一个高性能的量子存储器，其中长寿命和高检索效率首次满足。通过在原子系综周围放置一个环形腔，采用一对时钟状态，产生一个长波长的自旋波，并在引力方向上安排设置，我们实现了具有73（2）%的固有自旋波到光子转换效率以及3.2（1）ms的存储寿命的量子存储器。光学量子信息处理。
2012-07-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Tunable Graphene Metasurface Reflectarray for Cloaking, Illusion and Focusing
我们提出了一种基于石墨烯的超颖表面，可以通过应用静电门控而不修改超颖表面的几何形状，在不同的操作机制之间进行主动调谐，例如异常光束转向和聚焦，隐身和错觉光学器件。通过将石墨烯纳米带（GNR）放置在介电空腔谐振器上来设计超颖表面，其中带中的几何等离子体共振与空腔中的法布里-珀罗共振之间的相互作用用于实现2个$π$相移。作为一个概念的证明，我们证明，波前的场反射从一个三角形的凸块覆盖的超颖表面可以通过施加电偏置，以便类似于裸平面和球形物体。此外，还示出了上述情况下的反射聚焦和反射方向的改变。
2017-12-12 physics.optics
Cavity engineering of solid-state materials without external driving
本文综述了无外加驱动下通过光学腔增强光-物质耦合来改变固态材料性质的腔材料工程领域，涵盖理论框架、实验突破及未来挑战。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Structural Dynamics and Strong Correlations in Dynamical Quantum Optical Lattices
Instituto de Física, LSCSC-LANMAC, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
研究动态量子光学晶格中强相互作用玻色子在光学腔内的量子多体相变行为，揭示光场与原子碰撞的相互作用机制及相变特征。
2025-02-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Time-reversed magnetically controlled perturbation (TRMCP) optical focusing inside scattering media
操纵和聚焦生物组织和组织样复杂介质内部深处的光已经被期望很长时间，但被认为是具有挑战性的。一种可行的策略是通过光学波前工程，其中光学散射引起的相位失真被时间反转或预补偿，使得沿着不同光路行进的光子在散射介质内的目标位置处相长干涉。为了定义目标位置，需要内部导星来引导或提供波前工程的反馈。它可以被注入或嵌入探针，如荧光或非线性微球，超声调制，以及吸收微扰。在这里，我们建议使用一个磁控光学吸收微球作为内部导航星。利用数字光学相位共轭系统，通过对磁性微球微扰后的散射光进行时间反转，实现了散射介质中的光学聚焦。由于物体是磁性控制的，因此通过外部扫描磁场，允许动态光学聚焦具有相对大的视场。此外，磁性微球可以用有机膜包裹，使用生物或化学手段作为载体。因此，该技术可以在增强靶向药物递送以及肿瘤中血管生成血管的成像和光消融中找到特定应用。
2018-02-27 physics.ins-det physics.optics
Non-planar femtosecond enhancement cavity for VUV frequency comb applications
外部无源飞秒增强腔（fsEC）被广泛用于提高非线性转换过程的效率，如高重复频率下的高谐波产生（HHG）。它们的性能往往受到光束椭圆度的限制，椭圆度是由倾斜入射到球面聚焦镜上引起的。我们介绍了一种新型的三维折叠的典型的平面蝴蝶结谐振器的几何形状，保证圆形的光束轮廓，保持线性偏振，并允许一个显着更紧密的焦点，以及一个更大的光束横截面上的腔镜的变体。该计划被应用于改善聚焦在钛：蓝宝石为基础的真空紫外频率梳系统，针对第五谐波约160 nm（7.8 eV）的低能量异构态的钍-229的高精度光谱。这在具有甚至更高种子和腔内功率的fsEC应用中也将是有益的，其中反射镜的损伤阈值成为主要关注点。
2016-01-11 physics.optics
Emission from dielectric cavities in terms of invariant sets of the chaotic ray dynamics
本文用不变混沌鞍的性质描述了介质腔中的混沌射线动力学。我表明，在特定方向上的远场发射的本地化有关的鞍形的不稳定的流形，沿腔体内的能量分布的非线性模式。对于具有混合相空间的腔，混沌鞍分为双曲和非双曲分量，分别与腔内能量的中间指数（t<tc）和渐近幂律（t> tc）衰减有关。鞍形腔的两个分量的流形的对齐解释了为什么即使腔内的能量集中从t <t_c to t>t_c急剧变化，远场发射也只会发生轻微的变化。环形台球的模拟证实和说明的预测。
2009-02-02 nlin.CD physics.optics
Purcell modified Doppler cooling of quantum emitters inside optical cavities
该研究提出一种基于大腔损耗和Purcell增强的多普勒冷却机制，用于冷却无闭合跃迁的量子发射体，并推广至多粒子集体强耦合情形。
2024-03-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Chiral Discrimination in Helicity-Preserving Fabry-Pérot Cavities
本文从理论上研究了嵌入保螺旋法布里-珀罗腔中的手性分子的圆二色性。我们发现增加了2个数量级的分子的固有手征光学响应，并报告了第一个明确的签名手性腔极化激元后，进入政权的强轻物质耦合。我们研究了一种基于两个介质光子晶体反射镜的谐振腔设计，在很窄的频率范围内，作为一个偏振态的有效偏振交叉转换器，而另一个偏振态几乎是完美的反射器。我们发现，巴斯德介质内这样的腔可以有效地耦合到腔的外部和螺旋度保持模式，继承增强的手征。我们希望这样的设备是有用的，在未来设计光学和立体化学的超灵敏手性传感器。
2023-02-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Continuous-variable entanglement in a two-mode lossy cavity: an exact solution
连续变量纠缠是量子信息领域的一种宝贵资源。CV纠缠的一个来源是双模压缩态光中光子位置和动量之间的相关性。本文从理论上研究了在经典光脉冲泵浦的双模有耗腔中，通过自发参量下转换（SPDC）产生压缩态。使用Lindblad主方程的腔中的密度算子的动力学建模，我们表明，这个模型的精确解是一个双模压缩热态的密度算子，与时间相关的压缩振幅和平均热光子数为每个模式。我们推导出一个表达式的最大纠缠内的腔，这在很大程度上取决于两个模式之间的损失的差异。我们应用我们的精确解的一个重要的例子，是用高斯脉冲泵浦的microwave谐振器。我们得到的表达式将有助于研究人员优化有耗腔中的CV纠缠。
2020-12-02 physics.optics quant-ph
