[論文レビュー] Coherent Perfect Absorption in Cavity Opto-mechanics

G. S. Agarwal, Sumei Huang|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2013

Mechanical and Optical Resonators被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、逆電磁誘導透過（IEIT）を介して、高Qファイバー型光機械的キャビティにおいて、二つの逆向きに進行する弱いプローブ光が、強い結合場で駆動された状態で、ナノメカニカルミラーによって完全に吸収される一貫した完全吸収（CPA）を示している。この系は、単一の極小ポラリトンモードに完全なエネルギー封じ込めを実現し、吸収エネルギーがコherent phononsとして蓄えられ、外部の摂動またはキャビティQスイッチングによって必要に応じて抽出可能である。

ABSTRACT

We demonstrate the existence of the phenomenon of the inverse electromagnetically induced transparency (IEIT) in an opto mechanical system consisting of a nanomechanical mirror placed in an optical cavity. We show that two weak counter-propagating identical classical probe fields can be completely absorbed by the system in the presence of a strong coupling field so that the output probe fields are zero. The light is completely confined inside the cavity and the energy of the incoming probe fields is shared between the cavity field and creation of a coherent phonon and resides primarily in one of the polariton modes. The energy can be extracted by a perturbation of the external fields or by suddenly changing the $Q$ of the cavity.

研究の動機と目的

• 二つの逆向きに進行するプローブ光が、光機械的キャビティ内で完全に吸収される条件を調査すること。
• 逆電磁誘導透過（IEIT）が、弱いプローブ光の完全吸収を可能にする役割を調査すること。
• 吸収過程におけるキャビティ光子とコherent phononモード間のエネルギー分配を分析すること。
• 外部場の摂動またはキャビティQスイッチングによって、蓄えられたエネルギーを必要に応じて抽出可能であることを実証すること。

提案手法

• 高Qファイバー型光学キャビティに統合されたナノメカニカルミラーを用いて、強い光機械的結合を実現する。
• 二つの同一の、逆向きに進行する古典的プローブ光がキャビティに入射され、強い結合場によってIEIT領域に駆動される。
• 標準的な光機械的ハミルトニアンを用いて、光学キャビティモード、機械的モード、および外部場との相互作用を理論的モデル化する。
• ドレッシング状態の図式を用いて、完全吸収を支える暗黒ポラリトンモードを同定する。
• S行列形式を用いてエネルギー保存則と場の透過率を評価し、最適条件下で出力場がゼロとなることを確認する。
• 外部場への摂動またはキャビティQファクターの急激な変化をシミュレートすることで、蓄えられたエネルギーの抽出可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一貫した駆動条件下で、二つの逆向きに進行する弱いプローブ光が、光機械的キャビティ内で完全に吸収可能か？
• RQ2 逆電磁誘導透過（IEIT）は、この系における一貫した完全吸収をどのように実現するか？
• RQ3 吸収エネルギーは、光学キャビティ場と機械的フォノンモードの間でどのように分配されるか？
• RQ4 外部パラメータの変更またはキャビティ品質の変更によって、蓄えられたエネルギーを必要に応じて抽出可能か？

主な発見

• 両方のプローブ光が完全に吸収され、出力パワーがゼロとなることから、一貫した完全吸収（CPA）が確認された。
• 吸収エネルギーは主に、キャビティ場と機械的運動をコherently結合する単一の暗黒ポラリトンモードに蓄えられる。
• 本系は逆電磁誘導透過（IEIT）を示し、従来のEITとは逆に透過窓が反転しており、透過ではなく吸収を可能にする。
• 外部結合場への微小な摂動を加えるか、キャビティQファクターを急激に変化させることで、蓄えられたエネルギーを抽出可能である。
• 対称的な逆向きプローブ入射構成下でも吸収が安定しており、ドレッシング状態の多体系における量子干渉がその基盤である。