Optical Cooling of Macro- Micro- and Nanomechanical Oscillators

M.L. Gorodetsky; S.L. Danilishin; F.Ya. Khalili; Y. Chen

Optical Cooling of Macro- Micro- and Nanomechanical Oscillators

M.L. Gorodetsky¹, S.L. Danilishin², F.Ya. Khalili³, Y. Chen⁴

research article Pages: 56-68

^1,2,3,4 Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова. Калифорнийский Технологический Институт

Keywords: оптомеханический датчик оптическое охлаждение квантовое состояние механического осциллятора

Abstract

In the review the theory of optical cooling of mechanical oscillators is given, the main experimental results are presented and awaited achievements in this area are discussed

How to cite

Городецкий М.Л., Данилишин Ш.Л., Халили Ф.Я., Чен Я. Оптическое охлаждение макро-, микро- и наномеханических осцилляторов // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2009. № 1. С. 56–68.

References

С. П. Вятчанин, ДАН, ? Т.234, ? С.1295 (1977).
B.Brezger, L.Hackermüller, S.Uttenthaler, J.Petschinka, M.Arndt, and A.Zeilinger // Phys. Rev. Letts., ? Т.88, ? С.100404 (2002).
H.Everett // Rev. Mod. Phys., ? Т.29, ? С.454 (1957).
В.Б.Брагинский, И.И.Минакова // Вестник Московского университета, серия 3: физика и астрономия, - 1964, ? №1, ? С.83.
В.Б.Брагинский, А.В.Манукин // ЖЭТФ, - 1967, ? Т.52, ? С.986.
В.Б.Брагинский, А.В.Манукин // ЖЭТФ, - 1970, ? Т.58, ? С.1550.
K.J.Bruland, J.L.Garbini, W.M.Dougherty, J.A.Sidles // J. Appl. Phys., - 1996, ? Т.80, ? С.1959.
C.H.Metzger, Kh.Karral // Nature, - 2004, ? Т.432, ? С.1002.
S.Gigan, H.R.Böhm, M.Paternostro, F.Blaser, G.Langer, J.B.Hertzberg, K.C.Schwab, D.Bäuerle, M.Aspermeyer, and A.Zeilinger // Nature, - 2006, ? Т.444, ? С.67.
S.Gröblacher, S.Gigan, H.R.Böhm, A.Zeilinger and M.Aspelmeyer // Europhysic Letts., - 2008, ? Т.81, ? С.54003.
D.Kleckner, W.Marshall, M.J.A. de Dood, Kh.N.Dinyari, B.-J.Pors,W.T.M.Irvine, and D.Bouwmeester // Phys. Rev.Letts., - 2006, ? Т.96, ? С.173901.
D.Kleckner, D.Bouwmeester // Nature, - 2006, ? Т.444, ? С.75.
M.Poggio, C.L.Degen, H.J.Mamin, and D.Rugar // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.99, ? С.017201.
A.Hopkins, K.Jacobs, S.Habib, and K.Schwab // Phys. Rev. B, - 2003, ? Т.68, ? С.235328.
A.Naik, O.Buu, M.D.LaHaye, A.D.Armour, A.A.Clerk, M.P.Blencowe, and K.C.Schwab // Nature, - 2006, ? Т.443, ? С.193.
J. D. Thompson et al. // Nature, - 2008, ? Т.452, ? С.72.
V.B.Braginsky, M.L.Gorodetsky, F.Ya.Khalili // Physics Letts. A, - 1997, ? Т.232, ? С.340.
В. Б. Брагинский, Ю. И. Воронцов, Ф. Я. Халили // ЖЭТФ, - 1977, ? Т.73, ? С.1340.
V.B.Braginsky, M.L.Gorodetsky, V.S.Ilchenko // Physics Letts. A, - 1989, ? Т.137, ? С.393.
M.L.Gorodetsky, V.S.Ilchenko, A.A.Savchenkov // Opt. Letts, - 1996, ? Т.21, ? С.453.
V.S. Ilchenko, A.A. Savchenkov, A.B. Matsko, and L. Maleki // Phys. Rev. Letts., - 2004, ? Т.92, ? С.043903.
D. K. Armani, T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala // Nature, - 2003, ? Т.421, ? С.925.
H. Rokhsari, T. Kippenberg, T. Carmon, and K.J. Vahala // Opt. Express, - 2008, ? Т.14, ? С.5293.
R. Ma, A. Schliesser, P.Del-Haye, A.Dabirian, G. Anetsberger, and T.J. Kippenberg // Opt. Letts., - 2005, ? Т.32, ? С.2200.
Schliesser, P.Del-Haye, N.Nooshi, K.J.Vahala, and T.J. Kippenberg // Phys. Rev. Letts., - 2006, ? Т.97, ? С.243905.
Schliesser, R.Riviere, G.Anetsberger, O.Arcizet, and T.J. Kippenberg // Nature Physics, - 2008, ? Т.4, ? С.415.
A.Schliesser, O.Arcizet, R.Riviere, and T.J.Kippenberg // arXiv:0901.1456v1 [quant-ph] - 2009.
P.F.Cohadon, A.Heidmann, and M.Pinard // Phys. Rev. Letts., ? Т.83, - 1999, ? С.3174.
O.Arcizet, P.F.Cohadon, T.Briant, M.Pinard, and A.Heidmann // Phys. Rev. Letts., - 2006, ? Т. 97, ? С.133601.
O.Arcizet, P.-F.Cohadon, T.Briant, M.Pinard and A.Heidmann // Nature, - 2006, ? Т. 444, ? С.05244.
T.Corbitt, Y.Chen, H.Mueller-Ebhardt, E.Innerhofer, D.Ottaway // H.Rehbein, D.Sigg, S.Whitcomb, C.Wipf, N.Mavalvala // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.98, ? С.150802.
C.M.Mow-Lowry, A.J.Mullawey, S.Gossler, M.B.Gray, and D.E.McClelland // Phys. Rev. Letts., - 2008, ? Т.100, ? С.010801.
H. Cavendish // Phil. Trans. of Royal Soc. of London., - 1798, ? Т.88, ? С.469.
G.T.Gillies and R.C.Ritter // Rev. Sci. Instrum., - 1993, ? Т.64, ? С.283.
V.B.Braginsky, V.P.Mitrofanov, K.V.Tokmakov // Physics Letts. A, - 1996, ? Т.218, ? С.164.
M. L.Haiberfer and S.Schiller // Rev. Sci. Instrum., - 2007, ? Т.78, ? С.025101.
L. F. Mueller, S. Heugel // Appl. Phys. Letts., - 2008, ? Т.92, ? С.044101.
И.А.Биленко, С.Л.Лурье // Вестник Московского университета, серия 3: физика и астрономия, - 2004, ? Т.68.
L. F. Mueller, S. Heugel // Phys. Rev. A, - 2008, ? Т.77, ? С.031802(R).
http://www.ligo.caltech.edu/~ll_news/s5_news/s5article.htm.
A.Vinante et al. // Phys. Rev. Letts., - 2008, ? Т.101, ? С.033601.
The LIGO Scientific Collaboration, Microkelvin cooling of a kilogram-scale oscillator, LIGO Document P070135-00-Z, - 2007.
V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili // Physics Letts. A, - 1996, ? Т.218, ? С.167.
V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili // Physics Letts. A, - 1999, ? Т.257, ? С.241.
V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili, S.P.Volikov // Phys. Letts. A, - 2001,? Т.287, ? С.31.
Ф.Я.Халили // Оптика и Спектроскопия, ? Т.91, - 2001,? С.550.
S.Mancini, D.Vitali, and D.Tombesi // Phys. Rev. Letts., - 1998, ? Т.80, ? С.688.
J.M.Courty, A.Heidmann, and M.Pinard // Eur. Phys. J., - 2001, ? Т.D17, ? С.399.
D.Vitali, St.Mancini, L.Ribichini, and P.Tombesi // Phys. Rev. A, - 2002, ? Т.65, ? С.063803.
V. B. Braginsky and S. P. Vyatchanin // Physics Letts. A, - 2002,? Т.293, ? С.228.
F.Marquardt, J.P.Chen, A.A.Clerk, S.M.Girvin // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.99, ? С.093902.
Wilson-Rae, N. Nooshi, W. Zwerger, T.J. Kippenberg // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.99, ? С.093901.
A.Danton, C.Genes, D.Vitali, and M.Pinard // Phys. Rev. A, ? 2008, ? Т.77, ? С.011804(R).
Genes, D. Vitali, P. Tombesi, S. Gigan, and M. Aspelmeyer // Phys. Rev. A, - 2008, ? Т.77, ? С.033804.
Ю. И. Воронцов, Ф. Я. Халили // Радиотехника и Электроника, ? 1982, ? Т.27, ? С.2392.
V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili // Quantum Measurement, Cambridge Univ. Press, - 1992.
I.S. Kondrashov, D.A. Simakov, F.Ya. Khalili, S.L. Danilishin //Phys. Rev. D, ? 2008, T.78, - C.062004.
S.Danilishin, H.Mueller-Ebhardt, H.Rehbein, K.Somiya, R.Schnabel, K.Danzmann, T.Corbitt, C.Wipf, N.Mavalvala, and Y.Chen // arXiv:0809.2024 [quant-ph], - 2008.
H. Müller-Ebhardt, H.Rehbein, R.Schnabel, K.Danzmann, and Y.Chen // Phys. Rev. Letts., - 2008, ? Т.100, ? С.013601.

[1] С. П. Вятчанин, ДАН, ? Т.234, ? С.1295 (1977).

[2] B.Brezger, L.Hackermüller, S.Uttenthaler, J.Petschinka, M.Arndt, and A.Zeilinger // Phys. Rev. Letts., ? Т.88, ? С.100404 (2002).

[3] H.Everett // Rev. Mod. Phys., ? Т.29, ? С.454 (1957).

[4] В.Б.Брагинский, И.И.Минакова // Вестник Московского университета, серия 3: физика и астрономия, - 1964, ? №1, ? С.83.

[5] В.Б.Брагинский, А.В.Манукин // ЖЭТФ, - 1967, ? Т.52, ? С.986.

[6] В.Б.Брагинский, А.В.Манукин // ЖЭТФ, - 1970, ? Т.58, ? С.1550.

[7] K.J.Bruland, J.L.Garbini, W.M.Dougherty, J.A.Sidles // J. Appl. Phys., - 1996, ? Т.80, ? С.1959.

[8] C.H.Metzger, Kh.Karral // Nature, - 2004, ? Т.432, ? С.1002.

[9] S.Gigan, H.R.Böhm, M.Paternostro, F.Blaser, G.Langer, J.B.Hertzberg, K.C.Schwab, D.Bäuerle, M.Aspermeyer, and A.Zeilinger // Nature, - 2006, ? Т.444, ? С.67.

[10] S.Gröblacher, S.Gigan, H.R.Böhm, A.Zeilinger and M.Aspelmeyer // Europhysic Letts., - 2008, ? Т.81, ? С.54003.

[11] D.Kleckner, W.Marshall, M.J.A. de Dood, Kh.N.Dinyari, B.-J.Pors,W.T.M.Irvine, and D.Bouwmeester // Phys. Rev.Letts., - 2006, ? Т.96, ? С.173901.

[12] D.Kleckner, D.Bouwmeester // Nature, - 2006, ? Т.444, ? С.75.

[13] M.Poggio, C.L.Degen, H.J.Mamin, and D.Rugar // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.99, ? С.017201.

[14] A.Hopkins, K.Jacobs, S.Habib, and K.Schwab // Phys. Rev. B, - 2003, ? Т.68, ? С.235328.

[15] A.Naik, O.Buu, M.D.LaHaye, A.D.Armour, A.A.Clerk, M.P.Blencowe, and K.C.Schwab // Nature, - 2006, ? Т.443, ? С.193.

[16] J. D. Thompson et al. // Nature, - 2008, ? Т.452, ? С.72.

[17] V.B.Braginsky, M.L.Gorodetsky, F.Ya.Khalili // Physics Letts. A, - 1997, ? Т.232, ? С.340.

[18] В. Б. Брагинский, Ю. И. Воронцов, Ф. Я. Халили // ЖЭТФ, - 1977, ? Т.73, ? С.1340.

[19] V.B.Braginsky, M.L.Gorodetsky, V.S.Ilchenko // Physics Letts. A, - 1989, ? Т.137, ? С.393.

[20] M.L.Gorodetsky, V.S.Ilchenko, A.A.Savchenkov // Opt. Letts, - 1996, ? Т.21, ? С.453.

[21] V.S. Ilchenko, A.A. Savchenkov, A.B. Matsko, and L. Maleki // Phys. Rev. Letts., - 2004, ? Т.92, ? С.043903.

[22] D. K. Armani, T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala // Nature, - 2003, ? Т.421, ? С.925.

[23] H. Rokhsari, T. Kippenberg, T. Carmon, and K.J. Vahala // Opt. Express, - 2008, ? Т.14, ? С.5293.

[24] R. Ma, A. Schliesser, P.Del-Haye, A.Dabirian, G. Anetsberger, and T.J. Kippenberg // Opt. Letts., - 2005, ? Т.32, ? С.2200.

[25] Schliesser, P.Del-Haye, N.Nooshi, K.J.Vahala, and T.J. Kippenberg // Phys. Rev. Letts., - 2006, ? Т.97, ? С.243905.

[26] Schliesser, R.Riviere, G.Anetsberger, O.Arcizet, and T.J. Kippenberg // Nature Physics, - 2008, ? Т.4, ? С.415.

[27] A.Schliesser, O.Arcizet, R.Riviere, and T.J.Kippenberg // arXiv:0901.1456v1 [quant-ph] - 2009.

[28] P.F.Cohadon, A.Heidmann, and M.Pinard // Phys. Rev. Letts., ? Т.83, - 1999, ? С.3174.

[29] O.Arcizet, P.F.Cohadon, T.Briant, M.Pinard, and A.Heidmann // Phys. Rev. Letts., - 2006, ? Т. 97, ? С.133601.

[30] O.Arcizet, P.-F.Cohadon, T.Briant, M.Pinard and A.Heidmann // Nature, - 2006, ? Т. 444, ? С.05244.

[31] T.Corbitt, Y.Chen, H.Mueller-Ebhardt, E.Innerhofer, D.Ottaway // H.Rehbein, D.Sigg, S.Whitcomb, C.Wipf, N.Mavalvala // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.98, ? С.150802.

[32] C.M.Mow-Lowry, A.J.Mullawey, S.Gossler, M.B.Gray, and D.E.McClelland // Phys. Rev. Letts., - 2008, ? Т.100, ? С.010801.

[33] H. Cavendish // Phil. Trans. of Royal Soc. of London., - 1798, ? Т.88, ? С.469.

[34] G.T.Gillies and R.C.Ritter // Rev. Sci. Instrum., - 1993, ? Т.64, ? С.283.

[35] V.B.Braginsky, V.P.Mitrofanov, K.V.Tokmakov // Physics Letts. A, - 1996, ? Т.218, ? С.164.

[36] M. L.Haiberfer and S.Schiller // Rev. Sci. Instrum., - 2007, ? Т.78, ? С.025101.

[37] L. F. Mueller, S. Heugel // Appl. Phys. Letts., - 2008, ? Т.92, ? С.044101.

[38] И.А.Биленко, С.Л.Лурье // Вестник Московского университета, серия 3: физика и астрономия, - 2004, ? Т.68.

[39] L. F. Mueller, S. Heugel // Phys. Rev. A, - 2008, ? Т.77, ? С.031802(R).

[40] http://www.ligo.caltech.edu/~ll_news/s5_news/s5article.htm.

[41] A.Vinante et al. // Phys. Rev. Letts., - 2008, ? Т.101, ? С.033601.

[42] The LIGO Scientific Collaboration, Microkelvin cooling of a kilogram-scale oscillator, LIGO Document P070135-00-Z, - 2007.

[43] V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili // Physics Letts. A, - 1996, ? Т.218, ? С.167.

[44] V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili // Physics Letts. A, - 1999, ? Т.257, ? С.241.

[45] V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili, S.P.Volikov // Phys. Letts. A, - 2001,? Т.287, ? С.31.

[46] Ф.Я.Халили // Оптика и Спектроскопия, ? Т.91, - 2001,? С.550.

[47] S.Mancini, D.Vitali, and D.Tombesi // Phys. Rev. Letts., - 1998, ? Т.80, ? С.688.

[48] J.M.Courty, A.Heidmann, and M.Pinard // Eur. Phys. J., - 2001, ? Т.D17, ? С.399.

[49] D.Vitali, St.Mancini, L.Ribichini, and P.Tombesi // Phys. Rev. A, - 2002, ? Т.65, ? С.063803.

[50] V. B. Braginsky and S. P. Vyatchanin // Physics Letts. A, - 2002,? Т.293, ? С.228.

[51] F.Marquardt, J.P.Chen, A.A.Clerk, S.M.Girvin // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.99, ? С.093902.

[52] Wilson-Rae, N. Nooshi, W. Zwerger, T.J. Kippenberg // Phys. Rev. Letts., - 2007, ? Т.99, ? С.093901.

[53] A.Danton, C.Genes, D.Vitali, and M.Pinard // Phys. Rev. A, ? 2008, ? Т.77, ? С.011804(R).

[54] Genes, D. Vitali, P. Tombesi, S. Gigan, and M. Aspelmeyer // Phys. Rev. A, - 2008, ? Т.77, ? С.033804.

[55] Ю. И. Воронцов, Ф. Я. Халили // Радиотехника и Электроника, ? 1982, ? Т.27, ? С.2392.

[56] V.B.Braginsky, F.Ya.Khalili // Quantum Measurement, Cambridge Univ. Press, - 1992.

[57] I.S. Kondrashov, D.A. Simakov, F.Ya. Khalili, S.L. Danilishin //Phys. Rev. D, ? 2008, T.78, - C.062004.

[58] S.Danilishin, H.Mueller-Ebhardt, H.Rehbein, K.Somiya, R.Schnabel, K.Danzmann, T.Corbitt, C.Wipf, N.Mavalvala, and Y.Chen // arXiv:0809.2024 [quant-ph], - 2008.

[59] H. Müller-Ebhardt, H.Rehbein, R.Schnabel, K.Danzmann, and Y.Chen // Phys. Rev. Letts., - 2008, ? Т.100, ? С.013601.