論文の概要: Mechanical quality factor estimation from a nonlinear optical cavity response
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.07393v1
- Date: Mon, 07 Sep 2026 12:04:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-12 00:31:14.738911
- Title: Mechanical quality factor estimation from a nonlinear optical cavity response
- Title（参考訳）: 非線形光学共振器応答による機械的品質係数の推定
- Abstract要約: 未解決サイドバンド方式に全光リングダウン方式を導入する。
弱周波数走査レーザによる時間平均光共振器応答の解析モデルを構築した。
本手法を高フィン度キャビティ内に配置した密度変調型フォノン結晶膜に適用し, 独立測定値に整合した機械的品質係数を求める。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.94429692322632
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Intrinsic damping rate and quality factor ($Q$) are key parameters in optomechanical systems. However, in high-Q devices, their measurement is often challenging because probe-induced dynamical backaction (DBA) and the need to resolve and accurately track the mechanical resonance limit the performance of state-of-the-art techniques. Here, we introduce an all-optical ringdown method in the unresolved-sideband regime that exploits the nonlinear, time-averaged optical response induced by strong mechanical motion. We derive an analytical model of the time-averaged optical cavity response probed by a weak frequency-scanning laser. During the evolution of the mechanical oscillator, the excited motion modulates the Lorentzian lineshape into a double-horned profile whose peak separation enables an accurate estimation of the modulation amplitude. Tracking this response during the mechanical ringdown allows the intrinsic damping rate to be determined without resolving the mechanical oscillation. We apply the method to a density-modulated phononic crystal membrane placed inside a high-finesse cavity and obtain mechanical quality factors consistent with independent measurements on the same platform. Our method requires a minimal optical setup, while offering an in situ diagnostic and reduced impact from probe-induced DBA and robustness against measurement noise. Finally, the model can describe other resonant systems dispersively coupled to coherent frequency modulations, providing new insights and measurement strategies that expand beyond the optomechanical platform.
- Abstract（参考訳）: 固有減衰率と品質係数(Q$)は、光学系の重要なパラメータである。
しかし、高Qデバイスでは、プローブ誘起動的バックアクション(DBA)と機械共鳴を正確に追跡する必要があるため、その測定は困難であることが多い。
本稿では、強い機械的動きによって誘導される非線形平均光応答を利用する、未解決サイドバンド方式における全光リングダウン手法を提案する。
弱周波数走査レーザによる時間平均光共振器応答の解析モデルを構築した。
メカニカル・オシレータの進化の間、励起運動はローレンツのラインシェイプをピーク分離によって変調振幅を正確に推定できる二重角形状に変調する。
メカニカルリングダウン中にこの反応を追跡することで、メカニカル振動を解消することなく本質的な減衰率を決定することができる。
本手法を高フィン度キャビティ内に配置した密度変調型フォノン結晶膜に適用し,同一プラットフォーム上での独立測定値に整合した機械的品質係数を求める。
提案手法は,プローブ誘起DBAの影響を低減し,測定ノイズに対するロバスト性も低減しつつ,最小限の光学的設定を必要とする。
最後に、このモデルはコヒーレント周波数変調に分散結合された他の共振系を記述することができ、オプティメカルプラットフォームを超えて広がる新しい洞察と測定戦略を提供する。
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