[论文解读] 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 3

一句话总结

该论文通过逆电磁感应透明（IEIT）在光机械腔中实现了相干完美吸收（CPA），即当强耦合场驱动时，两个反向传播的弱探测场被高Q值腔中的纳米机械镜完全吸收。该系统在单一极化子模中实现完全能量局域化，吸收的能量以相干声子形式存储，并可通过外部扰动或腔Q因子开关实现按需提取。

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.

研究动机与目标

• 研究在何种条件下两个反向传播的探测场可在光机械腔中实现完全吸收。
• 探讨逆电磁感应透明（IEIT）在实现弱探测场完全吸收中的作用。
• 分析吸收过程中腔光子与相干声子之间的能量分配。
• 证明通过外部场扰动或腔Q因子开关可实现存储能量的按需提取。

提出的方法

• 系统采用集成于高Q值光学腔中的纳米机械镜，以实现强光机械耦合。
• 将两个相同、反向传播的经典探测场注入腔体，同时强耦合场驱动系统进入IEIT区域。
• 理论建模采用标准光机械哈密顿量，描述光学腔模、机械模与外部场之间的相互作用。
• 在 dressed-state 描述下分析系统响应，识别出支持完全吸收的暗极化子模。
• 通过S矩阵形式化方法评估能量守恒与场透射率，以确认在最优条件下输出场为零。
• 通过模拟对外部场的扰动或腔Q因子的突变，研究存储能量的可提取性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在相干驱动条件下，两个反向传播的弱探测场是否可在光机械腔中被完全吸收？
• RQ2 逆电磁感应透明（IEIT）如何在此系统中实现相干完美吸收？
• RQ3 吸收能量在光学腔场与机械声子模之间的分布如何？
• RQ4 通过调节外部参数或改变腔品质因数，是否可实现存储能量的按需提取？

主要发现

• 系统实现了两个探测场的完全吸收，输出功率为零，证实了相干完美吸收（CPA）。
• 吸收的能量主要存储于单一暗极化子模中，该模相干耦合了腔场与机械运动。
• 系统表现出逆电磁感应透明（IEIT），其透明窗口与传统EIT相反，从而实现吸收而非透明。
• 通过对外部耦合场施加微小扰动或突然改变腔Q因子，可提取系统中存储的能量。
• 在对称的反向探测配置下，吸收具有鲁棒性，且依赖于dressed-state态空间中的相干量子干涉。