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微腔光学研究取得新进展

  北京大学“飞秒光物理与介观光学”研究群体肖云峰研究员和龚旗煌教授等人在混沌光学微腔中首次发现了一种遂穿诱导透明效应。该效应对于慢光和非线性相互作用研究具有重要推动作用。研究成果于近日以Letter的形式发表在光学领域重要期刊《激光与光子学评论》(Yun-Feng Xiao etal, Laser & Photonics Reviews 7, L51-L54 (2013))上,并选为当期的Inside Back Cover文章。

  诱导透明是一种量子干涉现象,一直以来吸引着物理学家强烈的研究兴趣。该效应最初在原子体系中发现:当一束探测光和一束控制光同时照射到原子介质(如大量原子组成的气体)时,在控制光的驱动下,与原子跃迁共振的探测光不再发生吸收和反射,也即对探测光表现出“透明”的现象,因此被命名为电磁诱导透明效应(Electromagnetically induced transparency,EIT)。近年来,相关国际学术界的主要兴趣之一是在全光体系中实现诱导透明。由于其具有窄谱的增强光透射,能极大的降低光速,因此在慢光、光存储、增强非线性、调制和传感等领域具有重要的应用前景。

  在该工作中,群体人员在硅芯片上的混沌光学微腔中发现一种新的诱导透明现象:遂穿诱导透明。混沌光学微腔又称非对称光学微腔,因其相空间分布表现出混沌行为,因而是研究经典和量子混沌的理想平台。当探测光耦合至微腔时,以前的研究一般认为该耦合体系的传输谱主要表现为高品质微腔模式的吸收。而他们实验发现在混沌光学微腔中,微腔模式对探测光的吸收可以表现出“透明”。这归因于两条光学路径的干涉:(1)探测光与准连续混沌模式的耦合(即:探测光混沌模式输出);(2)探测光通过混沌模式遂穿至高品质回音壁模式(即:探测光混沌模式高品质回音壁模式混沌模式输出)。值得注意的是,在这两条干涉路径中,混沌模式与回音壁模式之间的动力学遂穿扮演了核心角色:当混沌光场遂穿到回音壁模式再遂穿回来,由于回音壁模式的“势垒”作用,光子获得Pi相位差,从而产生相干相消,也即“透明”现象。

  上述工作在线发表后,引起了科学界的关注。Materials Views科技新闻网站在其首页以“在混沌微腔中实现了隧穿诱导透明”(“Tunneling-induced transparency in a chaotic microcavity”)为题报道了的该工作。

  研究工作得到了科技部973计划、国家自然科学基金、教育部博士点基金以及人工微结构和介观物理国家重点实验室的支持。

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