南科大丛龙庆课题组揭秘光子刹车奇观科技小报抄经典发现
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。
如果将谐振腔内的光子比作高速公路上的汽车，那么能够控制这些汽车的速度和方向，就像精确操控光子的弛豫时间一样重要。通过向激发的光学谐振腔中注入损耗，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“刹车”。这种精确控制不仅可以避免损耗带来的负面影响，还能带来意想不到的价值。
利用飞秒激光脉冲向半导体腔内注入载流子，这种方式类似于驾驶汽车，让我们能够精确地操控非稳态光子。例如，在具有两个本征模式的谐振腔中，如果选择适当时机向腔内注入浓度可控的载流子，就可以控制瞬态损耗，从而调节动力学并观察到有趣现象。
从频域图谱中，我们可以清晰地看到两个模式之间的调制过程。通过太赫兹探测技术，我们验证了这些现象发生在皮秒时间尺度上。此外，利用瞬态双极化模型，我们物理上理解了这个非稳态过程，并数值重现了所有实验结果。
这项研究不仅展示了一种新的方法来区分和剥离简并模式，而且还提供了一种线性的频率转换机制，有望应用于太赫兹通信。此外，这项技术也可能用于量子压缩态产生，为激波雷达、超快波束扫描器件提供支持。
论文通讯作者是丛龙庆，他作为南科大的代表，也是该论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和青年人才计划项目资助。