我校郭光燦院士團隊在腔光力系統(tǒng)研究方面取得新進展,。該團隊的董春華教授研究組通過光子與聲子相互作用,，在腔光力系統(tǒng)中實現(xiàn)了多種非線性效應(yīng)調(diào)控的頻率梳。該研究成果于2024年4月19日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Physics Review Letters》。
頻率梳,，即頻率域上具有均勻間隔的相干譜圖,，在頻率度量學(xué)、原子鐘,、光學(xué)測距與光通訊,、天文光譜校準(zhǔn)、低噪聲微波源,、量子糾纏態(tài)等領(lǐng)域中展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景,。然而，具備高梳齒密度的微腔克爾頻率梳尺寸通常在毫米量級,，如何實現(xiàn)具有更小尺寸,、更小重量和更低功耗的可集成低重復(fù)頻率光頻梳仍有待研究。
圖1：（a-b）光力晶體微腔以及腔內(nèi)的光學(xué)模式和機械模式,；（c）微腔內(nèi)光力頻率梳產(chǎn)生的原理示意圖,。
針對這一科學(xué)問題，研究團隊基于硅光聲晶體,，利用光力相互作用等多種非線性效應(yīng),，如圖1所示，為產(chǎn)生和調(diào)控頻率梳提供了一個可選的解決方案,。腔光力學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率依賴于機械振動頻率,，可以在超小尺寸（約600 nm * 15 um）的器件中實現(xiàn)低重復(fù)頻率，如圖2所示,。為了提高頻梳寬度與梳齒密度,，不同頻率的聲子激光需要在系統(tǒng)中被同時激發(fā)。為此,，研究團隊制備了高品質(zhì)的光力晶體微腔,，提出并實現(xiàn)了無外部調(diào)制的多模聲子激光，為腔光力系統(tǒng)中光力頻率梳的研究奠定了基礎(chǔ),。此外,，研究團隊將自脈沖引入到系統(tǒng)中，演示了自脈沖與彎曲機械模式相互作用下的一系列動態(tài)演化,，如分?jǐn)?shù)鎖頻,、聲子激光狀態(tài)切換、以及自脈沖充當(dāng)模間準(zhǔn)弗洛凱調(diào)制的準(zhǔn)三模聲子激光狀態(tài),。
研究團隊通過上述研究,，展示了具有超過260根梳齒、重復(fù)頻率低至30MHz的頻率梳,。并且,，該頻率梳可以通過自脈沖效應(yīng)調(diào)控到不同的工作狀態(tài)，如圖2所示。該工作證明了在腔光力學(xué)頻率梳的產(chǎn)生和調(diào)控中利用多種非線性效應(yīng)的有效性,，為傳感,、定時和計量等應(yīng)用提供了一種新型的腔光力學(xué)頻率梳。
圖2：三種典型的光力頻率梳,。(a-c)分別為三種頻率梳狀態(tài)的功率譜,；(d-f)分別對應(yīng)（a-c）中頻率梳在5.3 GHz附近的功率譜線，展示重復(fù)頻率分別為90.17 MHz,、90.17/3MHz,、 以及77.19/2 MHz。(g-i)分別為對應(yīng)的時域振蕩信號,。
汪昱,、張勱為該論文的共同第一作者，沈鎮(zhèn),、董春華為該論文的通訊作者,。上述研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院,、國家自然科學(xué)基金委,、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心等單位的支持。
附論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.163603
（中國科學(xué)院量子信息重點實驗室,、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院物,、理學(xué)院、科研部）
