科技让生活更美好揭秘南科大丛龙庆课题组的光子刹车革命
近日，南方科技大学电子与电气工程系副教授丛龙庆及其团队在超材料构造的谐振腔中成功实现了“光子刹车”效应，并在皮秒尺度上观察到了光子的简并模式剥离和线性频率转化等现象。这项研究成果发表在Nature Communications上，以“Temporal loss boundary engineered photonic cavity”为题。
如果将腔内的非稳态光子比作高速公路上的汽车，那么能够控制这些汽车的刹车时间就像精确操控光子的弛豫时间一样至关重要。通过向激发的谐振腔内注入损耗，可以改变非稳态光子的弛豫过程，从而减少其弛豫时间，实现对光子的精细调控，这种调控往往发生在皮秒甚至飞秒量级。
这个过程类似于给汽车安装可控摩擦系统，使得驾驶者可以精确控制减速，而不是简单地依赖自然摩擦力。利用飞秒激光脉冲向半导体腔内注入载流子，可以通过精确控制载流子的注入时机和强度来操控非稳态光子，就像是驾驶者掌握着每一次刹车的力量。
丛龙庆课题组采用具有两个本征模式的谐振腔作为实验模型。在激发后，这两个模式会以不同的弛豫寿命和频率辐射出去。如果恰当时刻向腔内注入浓度可控的载流子，就能改变瞬态损耗，实现对非稳态光子的动力学调控，并观察到一系列有趣现象，如异步调制、涟漪状频谱变化等。
通过太赫兹光泵探测技术，在皮秒时间尺度下验证了这些现象，并利用瞬态双极化模型从物理原理出发，再现了所有实验数据。这项研究不仅开创了超快瞬态损耗注入技术，也提供了一种新的方法来区分简并模式，从而有可能用于未来的高性能传感器或波束扫描器件开发。此外，该技术还可能应用于线性太赫兹频率转换，有助于解决当前依赖强场源的问题，为量子压缩状态产生提供新思路。
