微机械振荡器的边带分辨冷却

微纳尺度光机系统提供了光学自由度与机械自由度的辐射压力耦合，因其能够探索宏观物体的量子力学现象而受到积极追求。许多此类研究需要将机械系统制备在其量子基态或接近基态的状态。在囚禁离子和光晶格中受限原子的基态冷却方面已取得显著进展。推动这一进展的关键技术是边带分辨冷却 (resolved sideband cooling)，该技术能够克服多普勒冷却的固有温度极限，但要求谐波囚禁频率超过原子种类的跃迁速率。最近，通过辐射压力实现的机械振荡器腔反作用冷却也遵循了类似的路径，虽然已演示了多普勒型冷却，但正如近期预测的那样，其本质上缺乏达到基态冷却的能力。在此，我们首次演示了机械振荡器的边带分辨冷却。通过泵浦光学微腔的第一下边带（其衰减率比相关机械振荡器的本征频率小二十倍以上），实现了超过 1.5 MHz 的冷却速率。对运动边带的直接光谱分析揭示了运动激发过程被抑制了 40 倍，这使得声子占据数有望远低于 unity (<0.03)。本文报道的边带分辨冷却原理性演示应在光机冷却实验中得到广泛应用。除基态冷却外，该机制还允许实现精度超过标准量子极限的运动测量。