論文の概要: Thermal intermodulation noise in cavity-based measurements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.05700v3
• Date: Thu, 14 May 2020 15:00:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-25 02:19:00.290184
• Title: Thermal intermodulation noise in cavity-based measurements
• Title（参考訳）: キャビティ計測における熱変調ノイズ
• Authors: Sergey A. Fedorov, Alberto Beccari, Amirali Arabmoheghi, Dalziel J. Wilson, Nils J. Engelsen, Tobias J. Kippenberg
• Abstract要約: 光検出におけるブロードバンドノイズを非線形に伝達したキャビティ周波数の熱ゆらぎが支配可能であることを示す。 機械的ブラウン運動による周波数変動が生じる最適キャビティ内の熱的相互変調ノイズを報告し,特徴付ける。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Thermal frequency fluctuations in optical cavities limit the sensitivity of precision experiments ranging from gravitational wave observatories to optical atomic clocks. Conventional modeling of these noises assumes a linear response of the optical field to the fluctuations of cavity frequency. Fundamentally, however, this response is nonlinear. Here we show that nonlinearly transduced thermal fluctuations of cavity frequency can dominate the broadband noise in photodetection, even when the magnitude of fluctuations is much smaller than the cavity linewidth. We term this noise "thermal intermodulation noise" and show that for a resonant laser probe it manifests as intensity fluctuations. We report and characterize thermal intermodulation noise in an optomechanical cavity, where the frequency fluctuations are caused by mechanical Brownian motion, and find excellent agreement with our developed theoretical model. We demonstrate that the effect is particularly relevant to quantum optomechanics: using a phononic crystal $Si_3N_4$ membrane with a low mass, soft-clamped mechanical mode we are able to operate in the regime where measurement quantum backaction contributes as much force noise as the thermal environment does. However, in the presence of intermodulation noise, quantum signatures of measurement are not revealed in direct photodetectors. The reported noise mechanism, while studied for an optomechanical system, can exist in any optical cavity.
• Abstract（参考訳）: 光キャビティにおける熱周波数変動は、重力波観測から光原子時計まで、精密実験の感度を制限する。 これらのノイズの従来のモデリングは、共振器周波数の変動に対する光学場の線形応答を仮定する。 しかし、基本的にこの反応は非線形である。 本稿では,キャビティ周波数の非線形変換熱揺らぎが,キャビティ線幅よりもゆらぎの大きさがはるかに小さい場合でも,光検出における広帯域ノイズを支配できることを示す。 このノイズを「熱間変調ノイズ」と呼び、共鳴レーザープローブでは強度変動として現れることを示す。 機械ブラウン運動によって周波数ゆらぎが引き起こされる光機械的キャビティにおける熱的相互変調ノイズを報告・特性評価し,開発した理論モデルと良好に一致した。 フォノン結晶$Si_3N_4$膜を低質量軟クランプのメカニカルモードで使用することで、測定量子バックアクションが熱環境に匹敵する多くの力ノイズに寄与する仕組みで操作できることを実証する。 しかし、変調ノイズの存在下では、直接光検出器では測定の量子シグネチャは明らかにされない。 報告されたノイズメカニズムは、オプトメカニカルシステムのために研究されているが、どんな光学キャビティにも存在することができる。

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