A near threshold all-optical backaction amplifier is realized. Operating near threshold in an integrated micron scale architecture allows a nearly three orders of magnitude improvement in both gain and optical power requirements over the only previous all-optical implementation, with 37 dB of gain achieved for only 12 μW of input power. Minor parameter adjustment allows narrowband optical filtering.

1.
E.
Desurvire
,
J. R.
Simpson
, and
P. C.
Becker
,
Opt. Lett.
12
,
888
890
(
1987
).
2.
T. J.
Kippenberg
,
S. M.
Spillane
, and
K. J.
Vahala
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
083904
(
2004
).
3.
J. U.
Fürst
,
D. V.
Strekalov
,
D.
Elser
,
A.
Aiello
,
U. L.
Andersen
,
Ch.
Marquardt
, and
G.
Leuchs
,
Phys Rev. Lett.
105
,
263904
(
2010
).
4.
Z.
Tong
,
C.
Lundström
,
P. A.
Andrekson
,
C. J.
McKinstrie
,
M.
Karlsson
,
D. J.
Blessing
,
E.
Tipsuwannakul
,
B. J.
Puttnam
,
H.
Toda
, and
L.
Grüner-Nielsen
,
Nat. Photonics
5
,
430
(
2011
).
5.
P.
Verlot
,
A.
Tavernarakis
,
T.
Briant
,
P.-F.
Cohadon
, and
A.
Heidmann
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
133602
(
2010
).
6.
T. J.
Kippenberg
and
K. J.
Vahala
,
Science
321
,
1172
(
2008
).
7.
O.
Arcizet
,
P. F.
Cohadon
,
T.
Briant
,
M.
Pinard
, and
A.
Heidmann
,
Nature
444
,
71
(
2006
).
8.
S.
Gigan
,
H. R.
Böhm
,
M.
Paternostro
,
F.
Blaser
,
G.
Langer
,
J. B.
Hertzberg
,
K. C.
Schwab
,
D.
Bäuerle
,
M.
Aspelmeyer
, and
A.
Zeilinger
,
Nature
444
,
67
(
2006
).
9.
A.
Schliesser
,
P.
Del’Haye
,
N.
Nooshi
,
K. J.
Vahala
, and
T. J.
Kippenberg
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
243905
(
2006
).
10.
T.
Corbitt
,
Y.
Chen
,
E.
Innerhofer
,
H.
Müller-Ebhardt
,
D.
Ottaway
,
H.
Rehbein
,
D.
Sigg
,
S.
Whitcomb
,
C.
Wipf
, and
N.
Mavalvala
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
150802
(
2007
).
11.
S.
Weis
,
R.
Rivière
,
S.
Deléglise
,
E.
Gavartin
,
O.
Arcizet
,
A.
Schliesser
, and
T. J.
Kippenberg
,
Science
330
,
1520
(
2010
).
12.
A. H.
Safavi-Naeini
,
T. P.
Mayer Alegre
,
J.
Chan
,
M.
Eichenfield
,
M.
Winger
,
Q.
Lin
,
J. T.
Hill
,
D. E.
Chang
, and
O.
Painter
,
Nature
472
,
69
(
2011
)
13.
I. S.
Grudinin
,
H.
Lee
,
O.
Painter
, and
K. J.
Vahala
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
083901
(
2010
).
14.
T. J.
Kippenberg
and
K. J.
Vahala
,
Opt. Express
15
,
17172
(
2007
).
15.
C.
Höhberger
and
K.
Karrai
, in
4th IEEE Conference on Nanotechnology
(
IEEE
,
2004
), p.
419
;
T. J.
Kippenberg
,
H.
Rokhsari
,
T.
Carmon
,
A.
Scherer
, and
K. J.
Vahala
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
033901
(
2005
);
[PubMed]
H.
Rokhsari
,
T. J.
Kippenberg
,
T.
Carmon
, and
K. J.
Vahala
,
Opt. Express
13
,
5293
(
2005
);
[PubMed]
C.
Metzger
,
M.
Ludwig
,
C.
Neuenhahn
,
A.
Ortlieb
, and
I.
Favero
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
133903
(
2008
).
[PubMed]
16.
D. W. C.
Brooks
,
T.
Botter
,
N.
Brahms
,
T. P.
Purdy
,
S.
Schreppler
, and
Dan M.
Stamper-Kurn
, e-print arXiv 1107.5609.
17.
D. K.
Armani
,
T. J.
Kippenberg
,
S. M.
Spillane
, and
K. J.
Vahala
,
Nature
421
,
925
(
2003
);
[PubMed]
K. H.
Lee
,
T. G.
McRae
,
G. I.
Harris
,
J.
Knittel
, and
W. P.
Bowen
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
123604
(
2010
).
[PubMed]
18.
M.
Li
,
W. H. P.
Pernice
,
C.
Xiong
,
T.
Baehr-Jones
,
M.
Hochberg
, and
H. X.
Tang
,
Nature
456
,
480
484
(
2008
);
[PubMed]
G. S.
Wiederhecker
,
L.
Chen
,
A.
Gondarenko
, and
M.
Lipson
,
Nature
462
,
633
(
2009
);
[PubMed]
J.
Rosenberg
,
Q.
Lin
, and
O.
Painter
,
Nat. Photonics
3
,
478
(
2009
).
19.
H.
Rokhsari
,
S. M.
Spillane
, and
K. J.
Vahala
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3029
(
2004
);
Carmon
,
L.
Yang
, and
K. J.
Vahala
,
Opt. Express
12
,
4742
(
2004
);
[PubMed]
T. G.
McRae
,
K. H.
Lee
,
M.
McGovern
,
D.
Gwyther
, and
W. P.
Bowen
,
Opt. Express
17
,
21977
(
2009
).
[PubMed]
20.
C.
Metzger
,
I.
Favero
,
A.
Ortlieb
, and
K.
Karrai
,
Phys. Rev. B
78
,
035309
(
2008
).
21.
O.
Arcizet
,
T.
Briant
,
A.
Heidmann
, and
M.
Pinard
,
Phys. Rev. A
73
,
033819
(
2006
).
22.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4717717 for details of the inclusion of the optical Kerr non-linearity for regenerative mechanical amplification.
23.
F.
Massel
,
T. T.
Heikkilä
,
J.-M.
Pirkkalainen
,
S. U.
Cho
,
H.
Saloniemi
,
P. J.
Hakonen
, and
M. A.
Sillanpää
,
Nature
480
,
351
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.