論文の概要: Continuous-Wave Frequency Upconversion with a Molecular Optomechanical Nanocavity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.03033v1
• Date: Wed, 7 Jul 2021 06:23:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-23 04:32:57.354058
• Title: Continuous-Wave Frequency Upconversion with a Molecular Optomechanical Nanocavity
• Title（参考訳）: 分子オプトメカニカルナノキャビティを用いた連続波周波数アップコンバージョン
• Authors: Wen Chen, Philippe Roelli, Huatian Hu, Sachin Verlekar, Sakthi Priya Amirtharaj, Angela I. Barreda, Tobias J. Kippenberg, Miroslavna Kovylina, Ewold Verhagen, Alejandro Mart\'inez, Christophe Galland
• Abstract要約: 分子空洞光力学を用いて、サブマイクロワット連続波信号の$sim$32THzでのアップコンバージョンを、周囲条件下で可視領域に示す。 この装置は、少数の分子を収容するプラズモンナノキャビティで構成されている。入射場は、集合分子振動を共鳴的に駆動し、可視ポンプレーザーに光力学的変調を印加する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 46.43254474406406
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Frequency upconversion is a cornerstone of electromagnetic signal processing, analysis and detection. It is used to transfer energy and information from one frequency domain to another where transmission, modulation or detection is technically easier or more efficient. Optomechanical transduction is emerging as a flexible approach to coherent frequency upconversion; it has been successfully demonstrated for conversion from radio- and microwaves (kHz to GHz) to optical fields. Nevertheless, optomechanical transduction of multi-THz and mid-infrared signals remains an open challenge. Here, we utilize molecular cavity optomechanics to demonstrate upconversion of sub-microwatt continuous-wave signals at $\sim$32~THz into the visible domain at ambient conditions. The device consists in a plasmonic nanocavity hosting a small number of molecules. The incoming field resonantly drives a collective molecular vibration, which imprints an optomechanical modulation on a visible pump laser and results in Stokes and anti-Stokes upconverted Raman sidebands with sub-natural linewidth, indicating a coherent process. The nanocavity offers 13 orders of magnitude enhancement of upconversion efficiency per molecule compared to free space, with a measured phonon-to-photon internal conversion efficiency larger than $10^{-4}$ per milliwatt of pump power. Our results establish a flexible paradigm for optomechanical frequency conversion using molecular oscillators coupled to plasmonic nanocavities, whose vibrational and electromagnetic properties can be tailored at will using chemical engineering and nanofabrication.
• Abstract（参考訳）: 周波数アップコンバージョンは電磁信号処理、解析、検出の基盤となる。 伝送、変調、または検出が技術的に簡単または効率的であるような、ある周波数領域から別の領域へエネルギーと情報を転送するために使用される。 オプトメカニカルトランスダクションはコヒーレント周波数アップコンバージョンに対する柔軟なアプローチとして登場しており、無線およびマイクロ波(kHzからGHz)から光学場への変換に成功している。 それでも、マルチTHzと中赤外信号の光学的変換は未解決の課題である。 ここでは,分子キャビティオプティメカニクスを用いて,環境条件下で可視領域へ$\sim$32~thzでサブマイクロワット連続波信号のアップコンバージョンを示す。 この装置は、少数の分子をホストするプラズモニックナノキャビティから構成される。 入射磁場は共振して分子振動を駆動し、可視型ポンプレーザーに光力学的変調をインプリントし、ストークスおよびアンチストークアップコンバートされたラマンサイドバンドにサブ自然線幅を付与し、コヒーレントなプロセスを示す。 ナノキャビティは、自由空間と比較して分子単位のアップコンバージョン効率を13桁向上させ、測定されたフォノン-光子内部変換効率はポンプ出力1ミリワットあたり10〜4ドル以上である。 分子振動子をプラズモニックナノキャビティに結合させ, 化学工学とナノファブリケーションを用いて振動特性と電磁特性を自由に調整できる, 光学周波数変換のためのフレキシブルパラダイムを構築した。

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