新技術(shù)首次將光場轉(zhuǎn)化為機械振動

德國和瑞士科學家組成的研究團隊在11月11日出版的《科學》雜志上報告稱，他們發(fā)明了一種可以將光子和機械振動耦合在一起的新方法，有望在通信和量子信息技術(shù)領(lǐng)域“大展拳腳”，用于研發(fā)新穎的全光緩存器、控制量子層級的光學機械系統(tǒng)等。

負責此項研究的德國馬克斯普朗克量子光學研究所物理學家托拜厄斯·基彭貝格與洛桑聯(lián)邦理工大學光子和量子測試實驗室的研究團隊合作，組建了一套設(shè)備。在這套設(shè)備中，穿過一個光學微共振腔的一束光線能夠被第二束更加強烈的光線控制，因此，該設(shè)備就如同光敏晶體管。光敏晶體管是指在有光照射時能輸出放大的電信號，而無光照射時便處于截止狀態(tài)的三極管，其不僅有光電轉(zhuǎn)換作用，而且還能放大光信號。

該研究團隊的光學微共振腔具有兩個特點：其一，它將光線收集在一個細小的玻璃結(jié)構(gòu)中，引導這束光線進入一種循環(huán)模式。其二，這種結(jié)構(gòu)就像玻璃酒杯一樣，會以非常精確的頻率震動。但這種結(jié)構(gòu)非常纖細(只有人頭發(fā)絲直徑的幾分之一)，其振動頻率是玻璃酒杯振動頻率的10000多倍。

當光束射入該設(shè)備時，光子會產(chǎn)生輻射壓力，這種壓力會被共振腔放大。其結(jié)果是，壓力不斷增強，導致共振腔變形，將光線和機械震動耦合在一起。如果使用兩束光線，具有機械振動的兩束激光之間的交互作用會制造出一種光學“開光”：較強的“控制”激光能夠打開或者關(guān)閉較弱的“探測”激光，正如電子晶體管中出現(xiàn)的情況一樣。

將輻射轉(zhuǎn)化為震動被廣泛應(yīng)用于移動手機中，比如，手機接收器可以將電磁輻射轉(zhuǎn)化為機械振動，有效地過濾信號。但是，科學家一直不能使用光來進行這樣的轉(zhuǎn)化。現(xiàn)在，這套設(shè)備首次將光子光場轉(zhuǎn)化為機械振動，這將在通信領(lǐng)域大有用武之地。例如，研究人員可以設(shè)計出新奇的全光緩存器，在幾秒鐘之內(nèi)存儲大量光學信息。

馬克斯普朗克研究所的科學家阿爾伯特·希瑟說，兩年多以前科學家就知道這種效應(yīng)在理論上是可行的，但將其變?yōu)楝F(xiàn)實比較難。洛桑聯(lián)邦理工大學資深科學家薩繆爾·德利格利斯表示，理論和實踐完美地結(jié)合在一起令人興奮。

目前，全球各地的研究人員正想方設(shè)法控制量子層級的光學機械系統(tǒng)，這種新穎的可開關(guān)耦合系統(tǒng)可以被作為混合量子系統(tǒng)的一個重要的接口，幫助研究人員掃清上述障礙。

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