在特殊點(diǎn)工作的聲子激光器上圖是復(fù)合諧振器系統(tǒng)中聲子激射的示意圖:兩個(gè)微環(huán)面諧振器R1(綠色)和R2(藍(lán)色),通過(guò)倏逝場(chǎng)相互耦合。第一諧振器支持高Q光模式A1,以及具有諧振頻率Ωm的機(jī)械模式。第二諧振器R2支持低Q光模式A2,其阻尼率由鍍鉻二氧化硅納米尖端調(diào)諧到接近R2。圖片來(lái)源:《自然光子學(xué)Nature Photonics》雜志。 光和聲子的基本量子是玻色子粒子,它們大體上遵循相似的規(guī)則,并且一般是很好的相互類比。物理學(xué)家在最近對(duì)聲子激光器的實(shí)驗(yàn)研究中探索了這種類比,以提供一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論的問(wèn)題,即如何在一個(gè)特殊的點(diǎn)(EP)上操作激光,或者更具體地說(shuō),它的線寬受到影響。例外點(diǎn)是物理系統(tǒng)的能量函數(shù)中的奇點(diǎn),其中兩個(gè)光模式聚集在一起(合并成一個(gè)模式)以產(chǎn)生不尋常的效果。 直到最近,這一概念主要只存在于理論上,但在激光和光子結(jié)構(gòu)等光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)演示中得到了新的關(guān)注。實(shí)驗(yàn)研究涉及系統(tǒng)的奇偶時(shí)間對(duì)稱的平衡增益和材料損失,以確保強(qiáng)光強(qiáng)度,免受背散射。雖然閉合和無(wú)損物理系統(tǒng)由量子物理學(xué)中的厄米算符描述,但是具有異常匹配點(diǎn)(EPS)的開放邊界的系統(tǒng)是非厄米特。 異常匹配點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究主要關(guān)注這樣的奇偶校驗(yàn)時(shí)間對(duì)稱系統(tǒng),它巧妙地利用了增益和損耗之間的相互作用,以實(shí)現(xiàn)全新的和意想不到的特征。在這樣一個(gè)概念性的飛躍中,在這些系統(tǒng)中產(chǎn)生的不尋常的光學(xué)效應(yīng)使介質(zhì)在一個(gè)方向上看不見,這是一個(gè)邁向下一代光學(xué)材料的一個(gè)步驟,具有獨(dú)特的性質(zhì),而天然材料是不可見的。這樣的概念已經(jīng)引發(fā)了強(qiáng)烈的研究努力,以探索非厄米特系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論。 在第一激光實(shí)驗(yàn)證明之前,Schawlow 和 Townes計(jì)算了其線寬的基本量子極限;異常匹配點(diǎn)在歷史上與超出基本Schawlow–Townes極限的激光線寬的極端展寬有關(guān)。雖然理論模型已經(jīng)提供了一個(gè)計(jì)算激光線寬的框架,但是它們不能直接解決異常匹配點(diǎn)的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)上,將激光直接引導(dǎo)到異常匹配點(diǎn)并不簡(jiǎn)單,因?yàn)楣庾蛹す饽J皆诋惓Fヅ潼c(diǎn)附近變得不穩(wěn)定,導(dǎo)致混亂的激光可以被錯(cuò)誤地視為非常寬的激光線。 在實(shí)踐中,當(dāng)激光在異常匹配點(diǎn)中運(yùn)行時(shí),線寬究竟發(fā)生了什么,至今仍不清楚。了解線寬展寬的機(jī)制,將使激光資源具有新的能力,我們以前沒有訪問(wèn)過(guò)。Zhang等人提供了一個(gè)優(yōu)雅的新策略來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,正如發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志的論文表示,通過(guò)使用聲子激光器而不是它的光學(xué)對(duì)應(yīng)物來(lái)觀察它在一個(gè)特殊的點(diǎn)上的操作。 上圖顯示將聲子激光器調(diào)諧到一個(gè)異常匹配點(diǎn):第一列是兩個(gè)諧振器中光學(xué)超模A±分布的示意圖。第二列說(shuō)明了兩個(gè)光學(xué)超模A±的頻差和線寬。最后一列表示聲子激光器的線寬。兩個(gè)光學(xué)超模式聚在一起異常匹配點(diǎn)的在C處,以紅色突出。該系統(tǒng)從A、B對(duì)稱分布的光學(xué)超模向具有重疊重疊的超模式轉(zhuǎn)變,在C模式下由光學(xué)模式驅(qū)動(dòng)的完全重疊。聲子激光器繼承了增加的光學(xué)噪聲,由加寬的機(jī)械線寬反射。紅盒子)。異常匹配點(diǎn)后的系統(tǒng)在D、E處可見,推動(dòng)系統(tǒng)遠(yuǎn)離異常匹配點(diǎn),導(dǎo)致聲子激光器線寬變窄。 |