Presentazione di PowerPoint

Verso l’opto-meccanica quantistica
Effetti quantistici nell’interazione meccanica tra
luce ed oggetti macroscopici
x
Ein
I = 2 < E > dp
  = dq / < E >
dq
Eout
dp

<E>
d F pressione di radiazione d I  < E > d p
dqx=dFdp
Verso l’opto-meccanica quantistica
Correlazione tra - posizione dello specchio e fluttuazioni di campo
- quadrature d p e d q del campo
Problema: rumore termico
Teorema di fluttuazione-dissipazione
Singolo oscillatore:
Nessun effetto quantistico è mai stato visto finora
Criogenia, … ultra-criogenia
Che fisica si può fare?
1) Limiti quantistici nell’accuratezza di una misura di posizione
Sx  1/ Pw
SF  Pw
Shot-noise
dx, dF
F S = S + ||2 S
l
x
F
l
Limite Quantistico Standard (SQL)
 
1E-38
1
M 2
 Il SQL non è mai stato raggiunto
1E-39
1E-40
technical
noise
2
Sl (m /Hz)
Smin   
1E-41
Sx=10
-41
2
m /Hz
1E-42
Sx=10
-43
2
m /Hz
1E-43
SQL
1E-44
10
100
1000
Freq. (Hz)
10000
 Usando le correlazioni tra quadrature
del campo, si può superare
Che fisica si può fare?
2) ‘Squeezing’ pondero-motivo
Dimostrazione con rumore classico
Che fisica si può fare?
3) Misure non distruttive (‘Quantum-non-demolition’)
4) ‘Entanglement’ tra luce e oggetti macroscopici
Che fisica si può fare?
5) Raffreddamento per
pressione di radiazione
… verso un oscillatore
meccanico macroscopico
nello stato fondamentale:
kT < hn
F. Marquandt, S.M. Girvin, Physics 2, 40 (2009)
Che fisica si può fare?
5) Raffreddamento per pressione di radiazione
Raffreddamento per pressione di radiazione di grandi masse
Che fisica si può fare?
5) Raffreddamento per pressione di radiazione
micro-oscillatori
in criostato
5)Raffreddamento
Raffreddamentodiper
pressione di radiazione
Effetto foto-termico
Potenza assorbita

Riscaldamento locale

Dilatazione termica
 Fluttuazioni di intensità  rumore
 Utile per misurare le proprietà termo-meccaniche degli specchi, in particolare del
coating
300 K
4K
Dinamica non-lineare
in cavità ottica con specchio mobile e/o effetto foto-termico
- Condizioni stazionarie: bistabilità
- Dinamica su più scale temporali:
- tempo di vita del campo in cavità (1/g)
- risposta dell’oscillatore (1/w0, Q/w0)
- risposta termica
Riassunto e attività prevista
 Ottica quantistica con micro-oscillatori meccanici in cavità ottiche:
- ‘squeezing ponderomotivo’ e misure QND
- sensibilità al limite quantistico standard e oltre
- ‘entanglement’ tra campo elettro-magnetico e oscillatore
verso sistemi ultra-criogenici…
 Dinamica non-lineare con oscillatori in cavità ottiche
Personale coinvolto
- F. Marin
- Francesco Marino (post-Doc)
- F.S. Cataliotti
- G. Ventura
- M. Siciliani De Cumis (post-Doc cnr)
Finanziamento: INFN (esperimento SQUALO)
Sostegno officine LENS
1-
F. Marin, M. De Rosa, L. Conti, L. Taffarello, M. Cerdonio: “Optical metrology for massive detectors of
gravitational waves”, Opt. Lasers Eng. 45, 471 (2007)
2-
F. Marino, F. Marin, S. Balle, O. Piro: “Chaotically spiking canards in an excitable system with 2D
inertial fast manifolds”, Phys. Rev. Lett. 98, 074104 (2007)
3-
F. Marino, F. Marin: “Thermo-optical nonlinearities and stability conditions of high-finesse
interferometers”, Phys. Lett. A 364, 441 (2007)
6-
M. Ciszak, M. Camarda, F. Marino, F. Marin, A. Ortolan: “Excitable systems as robust event trigger
generators in noisy detectors”, Phys. Rev. D 76, 103001 (2007)
7-
J. Belfi, F. Marin: “Sensitivity below the standard quantum limit in gravitational wave detectors with
Michelson-Fabry-Perot readout”, Phys. Rev. D 77, 122002 (2008)
8-
M. Siciliani de Cumis, F. Marino, M. Anderlini, F. S. Cataliotti, F. Marin, E. Rimini, G. D’Arrigo:
“Interferometric quantum sensors”, Advances in Science and Technology 55, 154 (2008)
10-
M Anderlini, F. Marino and F. Marin: “A kg-mass prototype demonstrator for DUAL gravitational wave
detector: opto-mechanical excitation and cooling”, Phys. Rev. D 80, 013001 (2009)
11-
M. Siciliani de Cumis, A. Farsi, F. Marino, G. D’Arrigo, F. Marin, F. S. Cataliotti, E. Rimini: “Radiation
pressure excitation and cooling of a cryogenic MEMS-cavity”, J. Appl. Phys. 106, 013108 (2009)
12-
F. Marino, F. S. Cataliotti, A. Farsi, M. Siciliani de Cumis, F. Marin: “Classical signature of ponderomotive
squeezing in a suspended mirror resonator”, Phys. Rev. Lett. 104, 073601 (2010)