光子刹车奇迹南科大丛龙庆课题组开启新科技篇章
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，这种方法类似于驾驶汽车，可以精确控制载流子的注入时机和强度，从而操控非稳态光子的动力学调控。通过这一方式，研究人员可以观察到瞬态损耗如何耦合到谐振腔，并引起有趣的现象，如两个本征模式之间异步调制，以及被调制区域周围出现“涟漪”。
实验结果显示，在适当时机向非稳态谐振腔内注入载流子，可实现对 腰内激发 光子的动力学调控，并且通过太赫兹探测技术，在皮秒时间尺度内验证了瞬态损耗效应。此外，使用瞬态双极化模型重现了所有实验现象，为理解这个非稳态过程提供了物理解释。
这项研究不仅开辟了一条新路径，使得能够在无需改变其他属性的情况下，将两个简并模式从时域分离，而且还可能为未来太赫兹波段应用提供新的思路。此外，“光子刹车”效应也可能用于超快波束扫描器件，其应用将惠及激光雷达、太赫兹通信等领域。此外，该团队还提出了一个利用该效应进行量子压缩状态产生的可行思路。
此次研究成果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大力支持，是南科大电子与电气工程系的一份骄傲。