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中國科大在腔光力系統(tǒng)中實現(xiàn)多種非線性效應調控的頻率梳 中國科大郭光燦院士團隊在腔光力系統(tǒng)研究方面取得新進展。該團隊的董春華教授研究組通過光子與聲子相互作用，在腔光力系統(tǒng)中實現(xiàn)了多種非線性效應調控的頻率梳。該研究成果于2024年4月19日發(fā)表在國際學術期刊《Physics Review Letters》。 頻率梳，即頻率域上具有均勻間隔的相干譜圖，在頻率度量學、原子鐘、光學測距與光通訊、天文光譜校準、低噪聲微波源、量子糾纏態(tài)等領域中展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。然而，具備高梳齒密度的微腔克爾頻率梳尺寸通常在毫米量級，如何實現(xiàn)具有更小尺寸、更小重量和更低功耗的可集成低重復頻率光頻梳仍有待研究。  圖1.（a-b）光力晶體微腔以及腔內的光學模式和機械模式；（c）微腔內光力頻率梳產生的原理示意圖。 針對這一科學問題，研究團隊基于硅光聲晶體，利用光力相互作用等多種非線性效應，如圖1所示，為產生和調控頻率梳提供了一個可選的解決方案。腔光力學頻率梳的重復頻率依賴于機械振動頻率，可以在超小尺寸（約600 nm * 15 um）的器件中實現(xiàn)低重復頻率，如圖2所示。為了提高頻梳寬度與梳齒密度，不同頻率的聲子激光需要在系統(tǒng)中被同時激發(fā)。為此，研究團隊制備了高品質的光力晶體微腔，提出并實現(xiàn)了無外部調制的多模聲子激光，為腔光力系統(tǒng)中光力頻率梳的研究奠定了基礎。此外，研究團隊將自脈沖引入到系統(tǒng)中，演示了自脈沖與彎曲機械模式相互作用下的一系列動態(tài)演化，如分數(shù)鎖頻、聲子激光狀態(tài)切換、以及自脈沖充當模間準弗洛凱調制的準三模聲子激光狀態(tài)。 研究團隊通過上述研究，展示了具有超過260根梳齒、重復頻率低至30MHz的頻率梳。并且，該頻率梳可以通過自脈沖效應調控到不同的工作狀態(tài)，如圖2所示。該工作證明了在腔光力學頻率梳的產生和調控中利用多種非線性效應的有效性，為傳感、定時和計量等應用提供了一種新型的腔光力學頻率梳。  圖2.三種典型的光力頻率梳。(a-c)分別為三種頻率梳狀態(tài)的功率譜；(d-f)分別對應（a-c）中頻率梳在5.3 GHz附近的功率譜線，展示重復頻率分別為90.17 MHz、90.17/3MHz、 以及77.19/2 MHz。(g-i)分別為對應的時域振蕩信號。 汪昱、張勱為該論文的共同第一作者，沈鎮(zhèn)、董春華為該論文的通訊作者。上述研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、中國科學院、國家自然科學基金委、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心等單位的支持。 論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.163603 |
