中国航天日专访丛龙庆课题组揭秘光子刹车效应的奇迹
在中国航天日之际，我们聚焦于南方科技大学电子与电气工程系副教授丛龙庆与合作者的新发现——他们利用超材料构造的谐振腔，通过太赫兹光泵探测技术成功演示了“光子刹车”效应，并在皮秒尺度上观察到刹车过程中光子简并模式的剥离、线性频率转化等现象。这些成果以“Temporal loss boundary engineered photonic cavity”为题，在Nature Communications上发表。
想象一下，如果高速公路上的汽车能像谐振腔内弛豫的光子一样被精确控制，那么它们就能迅速“停稳”，实现“光子刹车”。这一时间尺度往往在皮秒甚至飞秒量级，这让我们能够对非稳态光子的动力学调控，就像驾驶汽车一样操控它们。
研究人员使用具有两个本征模式的谐振腔作为例子。在激发后，这两个模式会以各自的弛豫寿命和频率向外辐射。在这个过程中，如果我们选择适当时机向腔内注入载流子，就可以控制瞬态损耗，从而实现对激发光子的动力学调控。通过这种方式，他们观察到了两种有趣现象：异步调制和被调制附近产生了“涟漪”。
这两种典型特征都通过太赫兹光泵探测实验验证，并且利用瞬态双极化模型从物理上理解该非稳态过程。这使得超快瞬态损耗注入成为一种独特的手段，可以在不影响其他属性的情况下，将两个简并模式从时域分离开来。这一方法是目前任何其他手段无法达到的。
此外，这项研究还揭示了实部和虚部均伴随着相应瞬态调制，而实部的瞬态调制类似于突然改变琴弦长度，改变腔内光子的频率，从而引起辐射光子的线性频率转换。这一线性频率转换机制对于太赫兹波段尤其重要，有望绕开非线性参量过程，对强场源依赖性的限制。
随着中国航天日的到来，让我们共同庆祝科学家们为未来应用提供新的可能。