国家科技成果网官网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团队在超材料构造的谐振腔中成功实现了“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。
这项工作可以被视为一种控制非稳态光子弛豫时间的方法，类似于给汽车安装可控摩擦系统以实现减速。通过向激发的光学谐振腔内精确地注入损耗，可以改变腔内非稳态光子的阻尼，从而快速使其“停稳”。这种技术对于控制光子的时机至关重要，因为这些时刻往往只有几皮秒或飞秒长。
实验中，研究人员使用具有两个本征模式的谐振腔作为示例。在激发后，这两个模式会以不同的弛豫寿命和频率辐射。通过在适当时机向腔内注入载流子，可以操控瞬态损耗并观察到有趣的现象，如异步调制和新的频率分量出现。
通过太赫兹光泵探测技术，在皮秒时间尺度下验证了这些特征，并利用瞬态双极化模型从物理角度理解了这一过程。此外，该技术还展示了将简并模式从时域分离出来的能力，这种方式目前没有其他替代手段。
此外，该研究还揭示了一种对非稳态谐振腔实部进行瞬态调制的手段，这种调制类似于突然改变琴弦长度，将导致腔内光子的频率变化，从而伴随着辐射出的波长变化。这一线性频率转换过程可能为太赫兹通信提供新的思路，而“光子刹车”效应则有助于发展超快波束扫描器件，以应用于激光雷达等领域。
