科技小发明 手工 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实现了“光子刹车”效应的演示，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。他们利用超材料构造的谐振腔和太赫兹光泵探测技术，通过向激发的光学谐振腔内注入损耗来改变非稳态光子的弛豫时间，从而实现对光子的控制。
这一研究可以将谐振腔内弛豫振荡的光子比作高速公路上的汽车，而“刹车”则是通过精确控制损耗来减小其弛豫时间，使其迅速达到稳定状态。这种方法不仅能够避免通常需要回避的损耗，还能带来意想不到的价值，就像给汽车增加可控摩擦系统一样，可以精确控制速度。
实验中，研究者们使用具有两个本征模式的谐振腔，在激发后这两个模式被激发并以各自不同的弛豫寿命和频率辐射。在适当时机向腔内注入浓度可控的载流子，可以控制瞬态损耗，从而调控动力学过程并观察到有趣现象，如异步调制和“涟漪”效应。
这些现象通过太赫兹光泵探测技术在皮秒时间尺度下得以验证，并且利用瞬态双极化模型从物理上理解该非稳态过程，同时数值重现了所有实验特征。此外，这种超快瞬态损害注入还能在不影响其他属性的情况下将简并模式从时域中分离开，这种方式无法用其他手段达成。
此项研究不仅为未来开发超快波束扫描器件、线性太赫兹频率转换以及量子压缩态产生提供了新的思路，也展示了科学家如何借助精细调整原理，将原本不可预见的情景变得有序。这项工作得到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，其论文已在Nature Communications上发表。
