新技术首次将光场转化为机械振动

2010-11-17 15:32 来源: 中国科学院
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  德国和瑞士科学家组成的研究团队在11月11日出版的《科学》杂志上报告称,他们发明了一种可以将光子和机械振动耦合在一起的新方法,有望在通信和量子信息技术领域“大展拳脚”,用于研发新颖的全光缓存器、控制量子层级的光学机械系统等。

  负责此项研究的德国马克斯普朗克量子光学研究所物理学家托拜厄斯·基彭贝格与洛桑联邦理工大学光子和量子测试实验室的研究团队合作,组建了一套设备。在这套设备中,穿过一个光学微共振腔的一束光线能够被第二束更加强烈的光线控制,因此,该设备就如同光敏晶体管。光敏晶体管是指在有光照射时能输出放大的电信号,而无光照射时便处于截止状态的三极管,其不仅有光电转换作用,而且还能放大光信号。

  该研究团队的光学微共振腔具有两个特点:其一,它将光线收集在一个细小的玻璃结构中,引导这束光线进入一种循环模式。其二,这种结构就像玻璃酒杯一样,会以非常精确的频率震动。但这种结构非常纤细(只有人头发丝直径的几分之一),其振动频率是玻璃酒杯振动频率的10000多倍。

  当光束射入该设备时,光子会产生辐射压力,这种压力会被共振腔放大。其结果是,压力不断增强,导致共振腔变形,将光线和机械震动耦合在一起。如果使用两束光线,具有机械振动的两束激光之间的交互作用会制造出一种光学“开光”:较强的“控制”激光能够打开或者关闭较弱的“探测”激光,正如电子晶体管中出现的情况一样。

  将辐射转化为震动被广泛应用于移动手机中,比如,手机接收器可以将电磁辐射转化为机械振动,有效地过滤信号。但是,科学家一直不能使用光来进行这样的转化。现在,这套设备首次将光子光场转化为机械振动,这将在通信领域大有用武之地。例如,研究人员可以设计出新奇的全光缓存器,在几秒钟之内存储大量光学信息。

  马克斯普朗克研究所的科学家阿尔伯特·希瑟说,两年多以前科学家就知道这种效应在理论上是可行的,但将其变为现实比较难。洛桑联邦理工大学资深科学家萨缪尔·德利格利斯表示,理论和实践完美地结合在一起令人兴奋。

  目前,全球各地的研究人员正想方设法控制量子层级的光学机械系统,这种新颖的可开关耦合系统可以被作为混合量子系统的一个重要的接口,帮助研究人员扫清上述障碍。