重生之科技垄断巨头南科大丛龙庆课题组揭秘光子刹车效应的奇迹
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利用超材料构造的谐振腔，成功演示了“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。他们通过太赫兹光泵探测技术和瞬态损耗注入，实现了对非稳态光子的动力学调控，从而揭示了一种全新的控制非稳态光子行为的方法。
这项研究中，如果将谐振腔内弛豫振荡的光子比作在高速公路上的汽车，那么“刹车”就是必不可少的一环。通过向激发的光学谐振腔内精确地注入损耗，可以改变非稳态光子的弛豫时间，从而实现快速且可控的“停稳”。这种控制不仅能够减少能量损失，而且还可以带来意想不到的价值。
不同于传统避免损耗的情况，这项技术允许科学家们精确控制损耗以实现特定的效果。这就像给汽车增加可控摩擦系统一样，让我们可以像驾驶汽车一样操控非稳态中的每一个时刻。然而，由于这些时刻通常只持续几百个皮秒甚至飞秒，这一过程极具挑战性。
团队使用具有两个本征模式的谐振腔作为实验模型。在激发后，这两个模式会以不同的寿命和频率向外辐射。如果在适当的时候向腔内注入载流子，就可以控制瞬态损耗，并观察到各种有趣现象，如异步调制和涟漪形成。
通过太赫兹波探测技术，他们能够在皮秒时间尺度上验证这些现象，并利用瞬态双极化模型从物理原理上解释它们。此外，他们发现这一技术不仅可以分离简并模式，还能提供一种新颖的手段来进行线性频率转换，为太赫兹通信提供新的可能性。
此次研究由丛龙庆担任唯一通讯作者，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。该论文已发表在Nature Communications杂志上，对于激活新一代超快设备以及高性能通信系统具有重要意义。