航空航天新纪元南科大丛龙庆课题组揭秘光子刹车效应开启未来高空通信的新篇章
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谐振腔的研究中成功实现了“光子刹车”效应，并且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行驶的汽车，那么控制其弛豫时间就好比给予它一个精确的刹车。通过向谐振腔注入损耗，我们可以改变非稳态光子的弛豫过程，从而减少其弛豫时间，实现对光子的快速调控。这种控制不仅对于精确操控高能量激光脉冲至关重要，而且对于理解和优化各种复杂光学过程也具有深远意义。
研究人员使用了具有两个本征模式的谐振腔作为示例。在激发时，这两个模式被激活并以不同的寿命和频率辐射出去。当我们选择适当时机向腔内注入载流子时，就可以控制瞬态损耗，从而动力学调控非稳态光子，并观察到了一系列有趣现象，如异步调制和涟漪效应。
这些现象通过太赫兹探测技术进行了验证，并利用瞬态双极化模型得到物理上的解释。此外，这种超快损耗注入技术还允许我们区分两个耦合模式，而这种区分方式是目前其他方法无法实现的。此外，该技术还可能用于开发新的太赫兹波段设备，例如超快波束扫描器件，以及提供线性太赫兹频率转换的一种新途径。
该研究得到了国家自然科学基金面上项目和国家青年人才计划项目的支持。论文通讯作者是南科大电子与电气工程系副教授丛龙庆，该学院为论文第一单位。
