微腔光力系統研究進入到非線性領域

“飛秒光物理和介觀光學”創新研究群體成員肖雲峰研究員和龔旗煌教授等人在微腔光力系統的非線性問題上取得重要進展，研究成果于2013年8月20日發表在物理學領域的頂級刊物《物理評論快報》上【Yong-Chun Liu, Yun-Feng Xiao*, You-Ling Chen, Xiao-Chong Yu, and Qihuang Gong*, Parametric Down-Conversion and Polariton Pair Generation in Optomechanical Systems, Phys. Rev. Lett. 111, 083601 (2013)】。論文第一作者為博士研究生劉永椿。

微腔光力系統利用高品質微腔光學模式來增強光與宏觀機械振子之間的相互作用。利用這種新型相互作用，科學家不僅可以對機械運動狀态進行高精密測量，而且能對機械振子的運動進行精确操控，在精密測量，如引力波、質量和位移的高精度探測以及量子信息處理等方面有着重要的應用。通常，這種光-機械耦合主要表現為線性相互作用，而在應用價值更為豐富的非線性方面，其相互作用卻往往很弱。創新群體通過高品質因子微腔内光場增強的光力耦合，産生正交模分裂，形成兩個光子-聲子極化子的新模式。利用頻率匹配，兩個極化子模式之間的非線性相互作用實現共振，将非線性系數提高兩個數量級以上，從而大大增強了光力體系的非線性相互作用。該項研究表明利用增強的非線性作用可以制備出光子-聲子極化子對，為微腔光力系統操控光子和聲子提供了新的重要手段。

近期，創新群體還通過動态調控微腔模式的耗散，克服了量子反作用的加熱效應，使得機械振子冷卻速率更快，且冷卻極限降低2-3個數量級【Phys. Rev. Lett. 110, 153606 (2013)】。此外，他們結合光學微腔模式的超高品質因子和等離激元的光場高度局域優勢，獲得新型複合光場模式，使得單原子和單光子的相互作用深入到了更強的耦合極限，研究工作以Rapid Communications（快訊）形式發表在《物理評論A》【Physical Review A 85, 031805(R) (2012)】。該工作被作為複合模式的典型代表在最近發表的《自然•物理》綜述文章重點介紹。

上述系列工作得到了科技部973計劃、國家自然科學基金、教育部博士點基金以及人工微結構和介觀物理國家重點實驗室的支持。