科技风云南科大丛龙庆课题组揭秘光子刹车效应开启新时代的光学通讯新篇章
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。
这项工作可以被想象成控制汽车的刹车。就像如何通过精确控制摩擦来减速汽车一样，我们可以通过精确控制损耗来操控非稳态光子的弛豫时间，从而实现对光子的“刹车”。这一过程发生得非常快，通常是在皮秒甚至飞秒量级。
团队利用具有两个本征模式的谐振腔进行实验。在激发后，这两个模式以各自的弛豫寿命和频率向外辐射。在辐射期间，如果选择合适时机向腔内注入载流子，就可以控制谐振腔的瞬态损耗，从而调控激发光子的动力学行为，并观察到有趣现象，如异步调制和被调制周围产生的“涟漪”。
这些现象通过太赫兹光泵探测技术在皮秒时间尺度内得到了验证。实验结果也由瞬态双极化模型所支持，该模型从物理上理解该非稳态过程，并且能够数值重现所有实验中的光谱特征。
此外，该团队还发现，在载流子注入过程中，不仅对折射率虚部进行瞬态调制，而且实部也会随之变化，这类似于突然改变琴弦长度，导致腔内光子的频率变化，从而伴随着辐射光子频率的线性转换。这一线性频率转换机制对于太赫兹通信应用具有重要意义，因为它可能提供一种绕开非线性参量依赖性的新方法。
该研究工作得到国家自然科学基金面上项目和国家青年人才计划项目资助，丛龙庆是论文通讯作者。