科学家首次让光线行为“改头换面”

2018-10-01 02:58

记者从南开大学获悉，日前，该校物理科学学院金亮副教授与宋智教授合作，利用单向破坏性干涉展现出的独特非对称性，首次让光线行为“改头换面”，实现了不依赖入射方向的光波传播以及单向激光发射。相关研究论文发表在新一期物理学期刊《物理评论快报》上。

据介绍，光在传播过程中会透射和反射。光在时间反演不变的系统里传播，从一个方向入射和透射的光与反方向入射和透射的光相同，这称为光学互易。为了实现对光线的任意操控，改变光线“面貌”，需要先破坏光的互易性。以往，让光线“改旗易帜”，通常需借助光学非线性系统或者氧化镝等磁光介质。构成复杂的非线性系统以及磁光材料的局限性极大地限制了该领域的光学发展。因此，如何不依赖光学非线性系统和磁光介质破坏光学互易性是一个富有挑战性的物理难题。目前，PT（宇称—时间）对称光学开放系统虽可以实现光的非互易反射，还无法实现光的非互易性透射。

金亮和宋智在研究中借助单腔边耦合的谐振腔阵列重新设计了阿哈罗诺夫－玻姆干涉仪，利用合成磁实现了入射光波的单向破坏性干涉。实验结果显示，光波从相反方向入射时，出射波相位的对称被破坏；在边耦合腔中引入耗散或增益，还可破坏出射波几率的对称，光的互易性被彻底破坏。此单向破坏性干涉还具有双向无反射特性，为光的设计调制及操控改变带来了极大便利，可方便地应用于光学集成器件，为新型吸收器、整流器、隔离器、调幅器等光操控器件及新型激光器的设计提供了全新思路。

这一研究还得到了国家自然科学基金以及天津市自然科学基金的资助。

（记者：孙玉松通讯员：乔仁铭）