利用简并光学模式改进光学腔中机械谐振器的“位置平方”读出

将柔性SiN膜置于光学腔内的光机械器件可以在单个器件中实现极高的精细度和机械品质因子。它们还提供了根本性的新功能：腔失谐可以是膜位置的二次函数。这使得能够测量“位置平方”($x^2$)，并且在原则上可以对膜的声子数进行QND（量子非破坏）读出。然而，使用单个横向腔模式实现的读出不够灵敏，无法观察声子Fock态之间的量子跃迁。在这里，我们展示了使用两个近简并的横向腔模式，$x^2$灵敏度增强了几个数量级。我们推导了一阶微扰理论来描述近简并腔模式之间的相互作用，并使用实际参数与我们的测量结果取得了良好的一致性。我们还在理论上证明了$x^2$耦合应该可以在很宽的范围内轻松调节。