通过纳米机械换能器对无线电波的光学探测
光学
2014-04-25 v2
摘要
低损耗传输和灵敏恢复弱射频 (rf) 及微波信号是一项普遍存在的技术挑战，对于射电天文学、医学成像、导航和通信（包括量子态通信）等诸多领域至关重要。将射频信号高效上转换至光载波，将允许通过光纤传输从而大幅降低损耗，并能利用成熟的量子光学技术工具箱，常规性地实现量子极限信号探测。腔光力学领域的研究表明，纳米机械振子可以与微波场或光场发生极强的耦合。若一个振子能同时具备这两种功能，它将作为射频至光转换级联中的中间平台而极具前景。在此，我们展示了一种利用高 Q 值纳米膜的光 - 电 - 机械换能器。适度的偏置电压 (<10V) 足以诱导射频谐振电路中的电压涨落与膜位移之间的强耦合，而该位移同时与从其金属化表面反射的光相耦合。该电路充当天线；其感应的电压信号被检测为具有量子极限灵敏度的光学相移。半波电压处于微伏量级，比标准光学调制器低几个数量级。膜引入的噪声被电 - 机械合作因子 C~6800 所抑制，其等效温度为 40mK，远低于器件运行的 300K 环境温度。这对应于低至 5 pV/Hz^1/2 的灵敏度极限，或在 1 MHz 附近窄带内的 -210dBm/Hz。我们的工作引入了一种全新的全光学、超低噪声经典电子信号探测方法，并为低频量子信号相干上转换至光域奠定了基础。
引用
@article{arxiv.1307.3467,
title = {Optical detection of radio waves through a nanomechanical transducer},
author = {T. Bagci and A. Simonsen and S. Schmid and L. G. Villanueva and E. Zeuthen and J. Appel and J. M. Taylor and A. Sørensen and K. Usami and A. Schliesser and E. S. Polzik},
journal= {arXiv preprint arXiv:1307.3467},
year = {2014}
}
备注
19 pages, 10 figures, TeX issue fixed