五年级科技小制作大全最简单揭秘南科大丛龙庆课题组的光子刹车奇迹
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，并在皮秒尺度上观察到了光子的简并模式剥离、线性频率转化等现象。他们的研究成果以“Temporal loss boundary engineered photonic cavity”为题，在Nature Communications上发表。
这项研究可以被想象成对汽车进行比喻。在高速公路上行驶的汽车需要刹车才能停止，而在谐振腔内，通过向激发的光学谐振腔中注入损耗，就能改变非稳态光子弛豫过程，从而减少其弛豫时间，实现“光子刹车”。这种控制通常发生在皮秒甚至飞秒量级，这远快于人类可感知的时间尺度。
科学家们发现，如果精确控制损耗，可以带来意想不到的价值。就像给汽车增加可控摩擦系统一样，我们可以通过向非稳态光子腔中注入损耗来操控它们弛豫时间，以达到对这些不稳定状态下的粒子的“刹车”。
为了验证这一点，他们使用了具有两个本征模式的谐振腔。在激发后，这两个模式会以各自特定的弛豫寿命和频率辐射出去。如果选择适当时机向腔内注入载流子，就能控制瞬态损耗，即能够调节动力学过程并观察到有趣现象。
从频域图谱中，他们清晰地观察到了两个模式之间调制过程以及由于瞬态损耗引起的一系列变化。这一方法不仅允许精确调节瞬态损失，还使得两种简并模式能够被分离开来——一种能力目前尚无其他手段可达成。
此外，该研究还揭示了一种新的线性频率转换机制，这对于太赫兹波段尤为重要，有望绕开当前强场源依赖性的限制。此外，该非稳态超快调控也可能为量子压缩状态产生提供新的思路。
该论文由丛龙庆作为唯一通讯作者完成，他所在南科大是该论文第一单位。该研究工作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资助。
