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alla Macro Area: SISTEMI, COMPONENTI & MATERIALI OTTICI EVOLUTIalla Linea di Ricerca: Optomeccanica in cavità
Cavità optomeccaniche

Lo scopo di questa ricerca è lo studio dell'interazione opto-meccanica tra la luce ed un oscillatore meccanico macroscopico e comprende argomenti di ottica classica e quantistica, dinamica non lineare e caos, misure quantistiche (di interesse per rivelatori di onde gravitazionali).
I nostri esperimenti sono attualmente concentrati sullo squeezing ponderomotivo (produzione di luce squeezed in uscita da una cavità, indotta dall'interazione per pressione di radiazione tra il modo ottico ed uno specchio oscillante) e sul confinamento di un oscillatore meccanico macroscopico in uno stato squeezed.
Alla base del primo esperimento troviamo un micro-oscillatore meccanico incorporato in una cavità ottica ad alta Finesse. I parametri critici sono il fattore di qualità meccanico dell'oscillatore (per ridurre l'effetto del rumore termico rispetto alle fluttuazioni quantistiche della pressione di radiazione, la qualità ottica ed il funzionamento in un ambiente criogenico con buon isolamento meccanico. I nostri micro-specchi, sviluppati in collaborazione con Trento (Università, CNR e FBK) e Delft (DIMES), raggiungono fattori di qualità meccanici dell'ordine 106 a temperatura criogenica e perdite ottiche di circa 10 ppm. Queste caratteristiche rendono i nostri risonatori particolarmente adatti alla produzione di luce squeezed nella banda dei 100 KHz.
Il secondo esperimento si basa su una cavità ottica ad alta Finesse contenente una membrana nanometrica.
Come dimostrato recentemente, tali sistemi permettono di preparare un oscillatore macroscopico vicino allo stato fondamentale. L'obiettivo del nostro esperimento è la creazione di uno stato quantistico qualitativamente diverso: uno stato squeezed. Recentemente abbiamo ideato ed implementato uno schema sperimentale basato sul controllo parametrico del moto dell'oscillatore, che ci ha permesso di confinare un micro-specchio in uno stato termico squeezed e di sorpassare il limite fisico di -3 dB nella riduzione delle fluttuazioni In un sistema moderatamente raffreddato la nostra tecnica potrebbe consentire di osservare lo squeezing di un oscillatore meccanico macroscopico sotto dell'energia di punto zero. Attualmente stiamo anche realizzando una serie di esperimenti opto-meccanici, nell'ambito di una collaborazione con l'INFN, con lo scopo di testare e porre limiti a possibili effetti di gravità quantistica nella dinamica di un oscillatore macroscopico.


Immagine SEM della parte anteriore di un micro-specchio oscillante con stadio di isolamento integrato

Densità di probabilità nello spazio delle fasi di un micro-oscillatore meccanico in uno stato termico (sinistra) ed in uno stato termico squeezed (destra)
Personale INO:

Dipendenti: Marino Francesco Mario Simone

UOS/Laboratorio INO:
Sezione INO di Sesto Fiorentino presso il Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Firenze
Area/e Applicativa:
Ricerca, Istruzione e formazione, Sicurezza, Metrologia & Sensori, Tecnologia delle Comunicazioni & Informazioni
Finanziamento da Progetti:
- Title: QUANTOM - Quantum Optomechanics (Acronym: QUANTOM)
Principali Prodotti della Ricerca associati:
1) Dynamical two-mode squeezing of thermal fluctuations in a cavity optomechanical system su Physical Review Letters (2016) di Pontin A., Bonaldi M., Borrielli A., Marconi L., Marino F., Pandraud G., Prodi G.A., Sarro P.M., Serra E., Marin F. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
2) Low-loss optomechanical oscillator for quantum-optics experiments su Physical Review Applied (2015) di Borrielli A., Pontin A., Cataliotti F.S., Marconi L., Marin F., Marino F., Pandraud G., Prodi G.A., Serra E., Bonaldi M. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
3) Probing deformed commutators with macroscopic harmonic oscillators su Nature Communications (2015) di oltre 10 autori inclusi: Marino Francesco Mario Simone, Marconi Lorenzo, Marin Francesco (Articolo su Rivista JCR/ISI)
4) Frequency-noise cancellation in optomechanical systems for ponderomotive squeezing su Physical Review A (2014) di Pontin A., Biancofiore C., Serra E., Borrielli A., Cataliotti F. S., Marino F., Prodi G. A., Bonaldi M., Marin F., Vitali D. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
5) Squeezing a Thermal Mechanical Oscillator by Stabilized Parametric Effect on the Optical Spring su Physical Review Letters (2014) di Pontin A., Bonaldi B., Borrielli A., Cataliotti F.S., Marino F., Prodi G.A., Serra E., Marin F. (Articolo su Rivista JCR/ISI)


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