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科普知識(shí)

科學(xué)家開發(fā)光控制新方法

稿件來源:中國科學(xué)報(bào) 魯亦 責(zé)任編輯:ICAC 發(fā)布時(shí)間:2021-09-13

 

研究人員創(chuàng)造了兩個(gè)吸收損耗不同的WGM微諧振器,并用它們一起耦合光場(chǎng)。圖片來源:美國華盛頓大學(xué)/Lan Yang

  自然和人造的物理結(jié)構(gòu)都會(huì)失去能量,科學(xué)家也在努力消除或補(bǔ)償這種損失。光學(xué)及光子器件通過光散射、輻射或材料吸收損失的能量。然而,某些情況下,在這些器件和系統(tǒng)中有意而謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)損耗,可能會(huì)導(dǎo)致非常規(guī)物理現(xiàn)象的出現(xiàn),從而激發(fā)光控制和工程新方法。

  近日,美國華盛頓大學(xué)、耶魯大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員,發(fā)現(xiàn)了通過不同類型的光損耗操縱光在光學(xué)諧振器中吸收的新方法。他們實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)相干完美吸收模式的簡(jiǎn)并,最終出現(xiàn)吸收光譜的異常展寬和在寬頻帶內(nèi)強(qiáng)弱吸收之間切換的能力。相關(guān)論文刊登于《科學(xué)》。

  研究人員使用了一個(gè)名為“耳語廊模式”(WGM)微諧振器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在這里,耳語廊一邊的人可以聽到另一邊的人低語。光學(xué)WGM器件的工作原理與之相似,只不過使用的是光頻率,而不是聲音頻率。

  這些結(jié)構(gòu)支持共振,也就是說,只有具有一定頻率的光才能在這樣的系統(tǒng)中停留很長時(shí)間。由于材料吸收損耗,光會(huì)被諧振器吸收。此外,諧振器和光纖之間的耦合產(chǎn)生了一個(gè)額外的非耗散耦合損耗通道,允許困在諧振器內(nèi)部的光從光纖中逃逸。

  研究人員創(chuàng)造了兩個(gè)具有不同吸收損耗的WGM微諧振器,并將它們?cè)O(shè)置在一起耦合其光場(chǎng)。每個(gè)諧振器都耦合到一個(gè)光纖波導(dǎo)上。通過改變諧振器和波導(dǎo)的間隙,研究人員能夠調(diào)整耦合損耗,最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)波導(dǎo)通道入射光的完美吸收。這也被稱為相干完美吸收。

  研究人員表示,在簡(jiǎn)并的完美吸收模式下,只要稍微改變進(jìn)入波導(dǎo)管的兩束激光的相對(duì)延遲,系統(tǒng)的吸收就會(huì)發(fā)生從強(qiáng)到弱的顯著變化。

  “這項(xiàng)工作為如何利用不同種類的損失操縱一個(gè)開放的物理系統(tǒng)帶來了新見解。”論文通訊作者、華盛頓大學(xué)的楊嵐(音譯)說,“過去,損耗在非厄米光學(xué)、聲學(xué)和電子系統(tǒng)中產(chǎn)生了許多有趣的物理現(xiàn)象,并且在利用不同損耗源的作用方面有很大潛力。例如,在該研究中,材料吸收損失與非耗散耦合損失在調(diào)整系統(tǒng)的散射特性方面起著截然不同的作用,各種類型的損耗豐富了光學(xué)工程的自由度。”

  “損失在自然界中無處不在,通過更好地理解它,我們會(huì)使它更有用。”楊嵐說。

  相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1126/science.abj1028

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