國家重點實驗室微腔光學(xué)研究取得重要突破

光學(xué)微腔可以增強(qiáng)光和物質(zhì)的相互作用，已經(jīng)成為基礎(chǔ)光物理和光子學(xué)研究的重要平臺。長期以來，國際上主要通過建立波導(dǎo)模式與微腔高度局域模式的直接相互作用實現(xiàn)有效耦合，需要滿足相位匹配條件。然而，由于波導(dǎo)與微腔存在不同的材料和幾何色散，相位匹配條件僅在較窄范圍內(nèi)滿足，嚴(yán)重制約了微腔寬帶光子學(xué)應(yīng)用。

人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室(北京大學(xué))肖云峰研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組提出混沌輔助的光子動量快速轉(zhuǎn)換的新原理，實現(xiàn)了超高品質(zhì)因子光學(xué)微腔和納米尺度波導(dǎo)的超寬帶耦合，突破了微納光學(xué)器件近場耦合需要相位匹配即動量守恒的限制。該課題組通過精心設(shè)計光學(xué)微腔的幾何形狀，打破了傳統(tǒng)微腔的旋轉(zhuǎn)對稱性，調(diào)控了局域光場分布，從而在支持分立的超高品質(zhì)回音壁模式的同時獲得了大量準(zhǔn)連續(xù)的混沌模式，并通過基于時域有限差分法的三維模擬研究了混沌光子的角動量快速轉(zhuǎn)換及遂穿的瞬態(tài)動力學(xué)過程。研究結(jié)果表明混沌輔助的角動量轉(zhuǎn)換新原理可以實現(xiàn)二氧化硅微腔在全透明波段內(nèi)(500-2900納米)回音壁模式的高效耦合。

這一新原理可以擴(kuò)展到其它光學(xué)微腔類型以及其它的電磁波頻段，并可能在集成光電子學(xué)、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)、量子信息處理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。該研究成果于10月20日在國際學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表。

光學(xué)微腔可以增強(qiáng)光和物質(zhì)的相互作用，已經(jīng)成為基礎(chǔ)光物理和光子學(xué)研究的重要平臺。人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室微腔光學(xué)研究取得重要突破，可能在集成光電子學(xué)、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)、量子信息處理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，對后續(xù)工作開展具有重要意義。