中国科大在光力体系中通过耗散调控增强边带冷却

2021年04月29日

中国科大在光力体系中通过耗散调控增强边带冷却

我校郭光灿院士团队在腔光力领域取得新进展。该团队的董春华教授研究组在光力混合系统中通过级联光子-声子耦合实现了对于光力相互作用的耗散调控，并增强了光力体系的冷却效果，该研究成果于2021年4月23日发表在国际学术期刊《Physics Review Letters》。

利用腔增强的光与物质的相干相互作用可以得到许多新颖的光子器件，其中包括基于光声、光磁相互作用的混合光子器件。混合系统兼具不同体系的优势，因此在量子界面、基础物理、非线性光学等领域发挥着越来越重要的作用。对于混合技术的持续推进将使系统变得更加复杂，相互作用也更加多样。在混合系统中，如何有效地控制相干耦合，包括增强或抑制某些特定的物理过程，仍然是一个挑战。

针对腔光力混合系统，研究组利用耗散调控实现了对于光子-声子相干相互作用这一物理过程的有效控制，从而增强了激光冷却机械振子的效果。实验中首先通过布里渊散射过程将辅助高频声子与目标光学模式耦合，实现对光学模式线宽的有效调节，调节范围超过一个数量级。光子与声子之间的协同系数等同于其相互作用强度平方与各自的耗散速率之比，因此减小光学模式线宽可以有效的提高目标光学模式与声学模式的协同系数，进而达到增强边带冷却的目的。实验结果不仅展示了光力系统中的级联非线性耦合，还验证了混合系统中控制光与物质相干相互作用的新方法。同时，该方案可以拓展至其它光学非线性效应，比如控制非线性倍频过程或抑制拉曼激光。

图注：a-b.腔光力系统中级联光子-声子耦合与耗散调控；c-d.光学模式有效线宽调控结果。

除激光冷却，该研究组长期致力于腔光力体系的实验研究，之前的工作已经证实光力混合系统可实现光存储和光学非互易器件【Nature Photonics 10, 657 (2016)；Nature Communications 9, 1797 (2018)】。同样，光子与声子的协同系数是衡量这些器件性能的关键指标，通过级联的光子-声子相互作用的耗散调控方案有望进一步提高这些光力混合器件的性能参数。

沈镇为该论文的第一作者，董春华为该论文的通讯作者。上述研究得到了科技部重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委、量子信息与量子科技前沿协同创新中心安徽省等单位的支持。

附论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.163604

（中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息和量子科技创新研究院、科研部）

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