中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在腔光力領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)的董春華教授研究組在光力混合系統(tǒng)中通過級(jí)聯(lián)光子-聲子耦合實(shí)現(xiàn)了對(duì)于光力相互作用的耗散調(diào)控，并增強(qiáng)了光力體系的冷卻效果，該研究成果于2021年4月23日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Physics Review Letters》。

利用腔增強(qiáng)的光與物質(zhì)的相干相互作用可以得到許多新穎的光子器件，其中包括基于光聲、光磁相互作用的混合光子器件�；旌舷到y(tǒng)兼具不同體系的優(yōu)勢，因此在量子界面、基礎(chǔ)物理、非線性光學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。對(duì)于混合技術(shù)的持續(xù)推進(jìn)將使系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，相互作用也更加多樣。在混合系統(tǒng)中，如何有效地控制相干耦合，包括增強(qiáng)或抑制某些特定的物理過程，仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

針對(duì)腔光力混合系統(tǒng)，研究組利用耗散調(diào)控實(shí)現(xiàn)了對(duì)于光子-聲子相干相互作用這一物理過程的有效控制，從而增強(qiáng)了激光冷卻機(jī)械振子的效果。實(shí)驗(yàn)中首先通過布里淵散射過程將輔助高頻聲子與目標(biāo)光學(xué)模式耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)模式線寬的有效調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍超過一個(gè)數(shù)量級(jí)。光子與聲子之間的協(xié)同系數(shù)等同于其相互作用強(qiáng)度平方與各自的耗散速率之比，因此減小光學(xué)模式線寬可以有效的提高目標(biāo)光學(xué)模式與聲學(xué)模式的協(xié)同系數(shù)，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)邊帶冷卻的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅展示了光力系統(tǒng)中的級(jí)聯(lián)非線性耦合，還驗(yàn)證了混合系統(tǒng)中控制光與物質(zhì)相干相互作用的新方法。同時(shí)，該方案可以拓展至其它光學(xué)非線性效應(yīng)，比如控制非線性倍頻過程或抑制拉曼激光。

a-b.腔光力系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)光子-聲子耦合與耗散調(diào)控

c-d.光學(xué)模式有效線寬調(diào)控結(jié)果

除激光冷卻，該研究組長期致力于腔光力體系的實(shí)驗(yàn)研究，之前的工作已經(jīng)證實(shí)光力混合系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光存儲(chǔ)和光學(xué)非互易器件【Nature Photonics 10, 657 (2016)；Nature Communications 9, 1797 (2018)】。同樣，光子與聲子的協(xié)同系數(shù)是衡量這些器件性能的關(guān)鍵指標(biāo)，通過級(jí)聯(lián)的光子-聲子相互作用的耗散調(diào)控方案有望進(jìn)一步提高這些光力混合器件的性能參數(shù)。

沈鎮(zhèn)為該論文的第一作者，董春華為該論文的通訊作者。上述研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心安徽省等單位的支持。

相關(guān)鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.163604