科协权力大吗南科大丛龙庆课题组揭秘光子刹车新发现
近日，南方科技大学电子与电气工程系副教授丛龙庆及其合作者成功利用超材料构造的谐振腔和太赫兹光泵探测技术，实现了“光子刹车”效应的演示，并在皮秒尺度上观察到光子的简并模式剥离、线性频率转化等现象。他们的研究成果发表在Nature Communications上，以“Temporal loss boundary engineered photonic cavity”为题。
这项研究可以被视为将非稳态光子比作高速公路上的汽车，而通过向激发的光学谐振腔内注入损耗，就像给汽车安装可控摩擦系统一样，可以精确控制光子的弛豫时间，从而实现对其“刹车”。这种控制通常发生在皮秒甚至飞秒量级，这使得操作变得极具挑战性。
通过实验，他们展示了如何使用具有两个本征模式的谐振腔。在激发后，这两个模式会以不同的弛豫寿命（品质因数Q）和频率向外辐射。如果恰当时机注入载流子，就可以控制瞬态损耗，并观察到有趣现象，如异步调制和“涟漪”现象。
这些发现不仅揭示了非稳态过程中新的物理机制，还提供了一种新颖的手段来区分简并模式。这一方法是目前其他任何手段无法实现的，它允许在不影响其他属性的情况下，将两种耦合模式从时域中分离出来。
此外，该团队还发现，对于实部也有瞬态调制，其类似突然改变琴弦长度，必然改变腔内光子的频率，从而伴随着辐射光子频率的线性转换。这一线性频率转换过程可能为太赫兹通信提供新的思路，同时也可能绕过强场依赖的问题。
该研究由丛龙庆作为唯一通讯作者完成，获得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。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27014-z