We present the design, fabrication, and initial characterization of a paddle nanocavity consisting of a suspended sub-picogram nanomechanical resonator optomechanically coupled to a photonic crystal nanocavity. The optical and mechanical properties of the paddle nanocavity can be systematically designed and optimized, and the key characteristics including mechanical frequency can be easily tailored. Measurements under ambient conditions of a silicon paddle nanocavity demonstrate an optical mode with a quality factor Qo6000 near 1550 nm and optomechanical coupling to several mechanical resonances with frequencies ωm/2π1264 MHz, effective masses meff350650 fg, and mechanical quality factors Qm44327. Paddle nanocavities are promising for optomechanical sensing and nonlinear optomechanics experiments.

1.
M.
Aspelmeyer
,
T. J.
Kippenberg
, and
F.
Marquardt
,
Rev. Mod. Phys.
86
,
1391
(
2014
).
2.
I.
Favero
and
F.
Marquardt
,
New J. Phys.
16
,
085006
(
2014
).
3.
M.
Eichenfield
,
J.
Chan
,
R.
Camacho
,
K.
Vahala
, and
O.
Painter
,
Nature
462
,
78
(
2009
).
4.
M.
Eichenfield
,
R.
Camacho
,
J.
Chan
,
K. J.
Vahala
, and
O.
Painter
,
Nature
459
,
550
(
2009
).
5.
M.
Metcalfe
,
Appl. Phys. Rev.
1
,
031105
(
2014
).
6.
O.
Arcizet
,
P.-F.
Cohadon
,
T.
Briant
,
M.
Pinard
,
A.
Heidmann
,
J.-M.
Mackowski
,
C.
Michel
,
L.
Pinard
,
O.
Français
, and
L.
Rousseau
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
133601
(
2006
).
7.
M.
Li
,
W. H. P.
Pernice
, and
H. X.
Tang
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
377
(
2009
).
8.
G.
Anetsberger
,
E.
Gavartin
,
O.
Arcizet
,
Q. P.
Unterreithmeier
,
E. M.
Weig
,
M. L.
Gorodetsky
,
J. P.
Kotthaus
, and
T. J.
Kippenberg
,
Phys. Rev. A
82
,
061804
(
2010
).
9.
A. G.
Krause
,
M.
Winger
,
T. D.
Blasius
,
W.
Lin
, and
O.
Painter
,
Nat. Photonics
6
,
768
(
2012
).
10.
Y.
Liu
,
H.
Miao
,
V.
Aksyuk
, and
K.
Srinivasan
,
Opt. Express
20
,
18268
(
2012
).
11.
M.
Wu
,
A. C.
Hryciw
,
C.
Healey
,
D. P.
Lake
,
H.
Jayakumar
,
M. R.
Freeman
,
J. P.
Davis
, and
P. E.
Barclay
,
Phys. Rev. X
4
,
021052
(
2014
).
12.
J.
Chan
,
T. P. M.
Alegre
,
A. H.
Safavi-Naeini
,
J. T.
Hill
,
A.
Krause
,
S.
Gröblacher
,
M.
Aspelmeyer
, and
O.
Painter
,
Nature
478
,
89
(
2011
).
13.
A. H.
Safavi-Naeini
,
S.
Gröblacher
,
J. T.
Hill
,
J.
Chan
,
M.
Aspelmeyer
, and
O.
Painter
,
Nature
500
,
185
(
2013
).
14.
J. C.
Sankey
,
C.
Yang
,
B. M.
Zwickl
,
A. M.
Jayich
, and
J. G. E.
Harris
,
Nat. Phys.
6
,
707
(
2010
).
15.
N.
Flowers-Jacobs
,
S.
Hoch
,
J.
Sankey
,
A.
Kashkanova
,
A.
Jayich
,
C.
Deutsch
,
J.
Reichel
, and
J.
Harris
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
221109
(
2012
).
16.
M.
Karuza
,
M.
Galassi
,
C.
Biancofiore
,
C.
Molinelli
,
R.
Natali
,
P.
Tombesi
,
G.
Di Giuseppe
, and
D.
Vitali
,
J. Opt.
15
,
025704
(
2013
).
17.
C.
Doolin
,
B.
Hauer
,
P.
Kim
,
A.
MacDonald
,
H.
Ramp
, and
J.
Davis
,
Phys. Rev. A
89
,
053838
(
2014
).
18.
G.
Brawley
,
M.
Vanner
,
P.
Larsen
,
S.
Schmid
,
A.
Boisen
, and
W.
Bowen
, e-print arXiv:1404.5746.
19.
T. K.
Paraïso
,
M.
Kalaee
,
L.
Zang
,
H.
Pfeifer
,
F.
Marquardt
, and
O.
Painter
,
Phys. Rev. X
5
,
041024
(
2015
).
20.
J. D.
Thompson
,
B. M.
Zwickl
,
A. M.
Jayich
,
F.
Marquardt
,
S. M.
Girvin
, and
J. G. E.
Harris
,
Nature
452
,
72
(
2008
).
21.
A. A.
Gangat
,
T. M.
Stace
, and
G. J.
Milburn
,
New J. Phys.
13
,
043024
(
2011
).
22.
A. A.
Clerk
,
F.
Marquardt
, and
J. G. E.
Harris
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
213603
(
2010
).
23.
M.
Bhattacharya
,
H.
Uys
, and
P.
Meystre
,
Phys. Rev. A
77
,
033819
(
2008
).
24.
A.
Nunnenkamp
,
K.
Børkje
,
J. G. E.
Harris
, and
S. M.
Girvin
,
Phys. Rev. A
82
,
021806
(
2010
).
25.
C.
Biancofiore
,
M.
Karuza
,
M.
Galassi
,
R.
Natali
,
P.
Tombesi
,
G.
Di Giuseppe
, and
D.
Vitali
,
Phys. Rev. A
84
,
033814
(
2011
).
26.
H.
Kaviani
,
C.
Healey
,
M.
Wu
,
R.
Ghobadi
,
A.
Hryciw
, and
P. E.
Barclay
,
Optica
2
,
271
(
2015
).
27.
A. C.
Hryciw
and
P. E.
Barclay
,
Opt. Lett.
38
,
1612
(
2013
).
28.
Q.
Quan
,
P.
Deotare
, and
M.
Loncar
,
App. Phys. Lett.
96
,
203102
(
2010
).
29.
Q.
Quan
and
M.
Loncar
,
Opt. Express
19
,
18529
(
2011
).
30.
A. F.
Oskooi
,
D.
Roundy
,
M.
Ibanescu
,
P.
Bermel
,
J.
Joannopoulos
, and
S. G.
Johnson
,
Comput. Phys. Commun.
181
,
687
(
2010
).
31.
J.
Losby
,
J.
Burgess
,
Z.
Diao
,
D.
Fortin
,
W.
Hiebert
, and
M.
Freeman
,
J. Appl. Phys.
111
,
07D305
(
2012
).
32.
A. C.
Hryciw
,
M.
Wu
,
B.
Khanaliloo
, and
P. E.
Barclay
,
Optica
2
,
491
(
2015
).
33.
I.
Wilson-Rae
,
Phys. Rev. B
77
,
245418
(
2008
).
34.
S. G.
Johnson
,
M.
Ibanescu
,
M. A.
Skorobogatiy
,
O.
Weisberg
,
J. D.
Joannopoulos
, and
Y.
Fink
,
Phys. Rev. E
65
,
066611
(
2002
).
35.
O.
Svitelskiy
,
V.
Sauer
,
D.
Vick
,
K.-M.
Cheng
,
N.
Liu
,
M. R.
Freeman
, and
W. K.
Hiebert
,
Phys. Rev. E
85
,
056313
(
2012
).
36.
D.
Lee
,
M.
Underwood
,
D.
Mason
,
A. B.
Shkarin
,
S. W.
Hoch
, and
J. G. E.
Harris
,
Nat. Commun.
6
,
6232
(
2015
).
You do not currently have access to this content.