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研究人員展示了在光子電路中控制光的新方法  通過(guò)使光學(xué)微諧振腔的形狀變形，研究人員們能夠創(chuàng)建和利用所謂的混沌通道，在通道內(nèi)光的角動(dòng)量不守恒并且隨時(shí)間而改變。來(lái)源：圖片由Linbo Shao / 哈佛 SEAS提供 集成光子電路，它依賴于光而不是電子來(lái)移動(dòng)信息，它承諾將對(duì)通信、傳感和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行革命性的變革。但是控制和移動(dòng)的光線會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。一個(gè)主要障礙是光在不同的速度和不同的階段在不同的集成電路組件中傳播。對(duì)于光在光學(xué)組件之間的耦合，它需要以相同的動(dòng)量移動(dòng)。 現(xiàn)在，哈佛約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院與北京北京大學(xué)合作的一組研究人員已經(jīng)展示了一種新的方式來(lái)控制廣泛使用的光學(xué)元件中寬帶光的動(dòng)量，稱為回音廊“微孔”(WGM)。 這篇論文的合作者還包括來(lái)自圣路易斯華盛頓大學(xué)、加州理工學(xué)院和馬格德堡大學(xué)的研究人員，發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。 SEAS電氣工程學(xué)院的電氣工程教授Marko Loncar，也是該論文的第一作者，他的實(shí)驗(yàn)室研究生Linbo Shao表示：“微腔中的寬帶光學(xué)混沌正在創(chuàng)造出一種通用的工具來(lái)獲取許多光學(xué)狀態(tài)。以前，研究人員需要多個(gè)特殊的光學(xué)元件來(lái)連接和移出不同波長(zhǎng)的WGM，但是通過(guò)這項(xiàng)工作，我們可以將所有的顏色光與單個(gè)光耦合器耦合起來(lái)。 WGM是一種廣泛應(yīng)用的光學(xué)微諧振器，從光纖到量子計(jì)算的遠(yuǎn)距離傳輸。 WGM被命名為倫敦圣保羅大教堂的耳語(yǔ)畫廊，聲波（耳語(yǔ)）在一個(gè)空腔（穹頂）內(nèi)從一側(cè)的揚(yáng)聲器流向另一邊的聽眾。中國(guó)天壇的回聲墻和紐約市大中央車站的耳語(yǔ)拱也出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。 光學(xué)回音廊工作方式相同。光波陷在一個(gè)高度封閉的圓形空間中，——比一束頭發(fā)還小——圍繞著腔體的軌道軌道。像耳語(yǔ)的墻一樣，洞穴會(huì)捕捉并攜帶波。 然而，由于波的傳播速度不同，所以，因此在光子電路中的回音廊中難以將光場(chǎng)從波導(dǎo)耦合到光場(chǎng)。 我們可以將WGM視為高速公路環(huán)形交叉路口和光場(chǎng)作為UPS卡車。現(xiàn)在，想象一下，當(dāng)兩個(gè)貨車都以不同的速度移動(dòng)時(shí)，試圖在兩個(gè)卡車之間轉(zhuǎn)移包裹。不可能，對(duì)吧？ 為了解決這種動(dòng)量差異 - 沒有打破牛頓的動(dòng)量守恒定律 -研究小組創(chuàng)造了一個(gè)小混沌。通過(guò)使光學(xué)微諧振器的形狀變形，研究人員能夠創(chuàng)造并利用所謂的混沌通道，在這種通道中，光的角動(dòng)量是不守恒的，并且隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)改變諧振器的形狀，可以調(diào)節(jié)動(dòng)量;諧振器可以用來(lái)匹配波導(dǎo)和WGMs之間的動(dòng)量。重要的是，耦合是寬帶的，并且是在光狀態(tài)之間發(fā)生的。 該研究為光學(xué)量子處理，光學(xué)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的微腔光學(xué)和光子學(xué)提供了新的應(yīng)用。 信息科學(xué)與技術(shù)Ted和Ginger Jenkins的教授和加州理工學(xué)院（Cal Tech）的應(yīng)用物理教授Kerry Vahala他沒有參與這項(xiàng)研究，但是他說(shuō)：“這項(xiàng)工作說(shuō)明了一種截然不同的方法來(lái)探索這一重要類型的微諧振器，同時(shí)也揭示了與光學(xué)混沌主題相關(guān)的美麗物理學(xué)。 |
