論文の概要: Back action evasion in optical lever detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.08197v1
• Date: Thu, 15 Dec 2022 23:43:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 15:34:15.642045
• Title: Back action evasion in optical lever detection
• Title（参考訳）: 光レバー検出におけるバックアクション回避
• Authors: Shan Hao and Thomas Purdy
• Abstract要約: 一般に、任意の精密光学測定は、標準量子限界(機械的)につながる光力誘起外乱を伴う。 ここでは、このようなバックアクションが光レバー検出においてどのように回避され、量子限界を超えるかを簡単に説明する。 我々は、量子限界より2桁低い読み出しノイズフロアを実現する。
• 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: The optical lever is a centuries old and widely-used detection technique employed in applications ranging from consumer products, industrial sensors to precision force microscopes used in scientific research. However, despite the long history, its quantum limits have yet to be explored. In general, any precision optical measurement is accompanied by optical force induced disturbance to the measured object (termed as back action) leading to a standard quantum limit(SQL). Here we give a simple description of how such back action can be evaded in optical lever detection to beat SQL. We perform a proof-of-principle experiment demonstrating the mechanism of back action evasion in the classical regime, by developing a lens system that cancels extra tilting of the reflected light off a silicon nitride membrane mechanical resonator caused by laser-pointing-noise-induced optical torques. We achieve a readout noise floor two orders of magnitude lower than the SQL, corresponding to an effective optomechanical cooperativity of 100 without the need for an optical cavity. As the state-of-the-art ultra low dissipation optomechanical systems relevant for quantum sensing are rapidly approaching the level where quantum noise dominates, simple and widely applicable back action evading protocols such as ours will be crucial for pushing beyond quantum limits.
• Abstract（参考訳）: 光レバーは、消費者製品、工業用センサー、科学研究で使われる精密力顕微鏡など、広く使われている1世紀前からある検出技術である。 しかし、長い歴史にもかかわらず、その量子限界はまだ探求されていない。 一般に、任意の精密な光学的測定には、測定対象(バックアクションと呼ばれる)に対する光学的力誘起外乱が伴い、標準量子限界(sql)に繋がる。 ここでは、このようなバックアクションが光レバー検出においてどのように回避され、SQLに勝るかを簡単に説明する。 我々は,シリコン窒化物膜機械共振器からの反射光の余分な傾きを防止し,レーザポインティングノイズによる光トルクによるバックアクション回避機構を実証するレンズシステムを開発することにより,古典的な体制下でのバックアクション回避のメカニズムを実証する実証実験を行った。 我々は、光学キャビティを必要とせず、100の効果的な光学的協調性に対応して、SQLよりも2桁低い読み出しノイズフロアを実現する。 量子センシングに関連する最先端の超低散逸光力学系は、量子ノイズが支配するレベルに急速に近づいているため、我々のようなシンプルで広く適用可能なバックアクション回避プロトコルは、量子限界を超えるためには不可欠である。

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