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声光强耦合可通过耳语廊效应实现

伦敦帝国理工学院、牛津大学和国家物理实验室的研究人员利用耳语廊效应,证实光和高频声波之间存在“强耦合机制”。这一发现不仅会对传统及量子信息处理技术产生重大影响,还可以大规模测试量子力学行为。相关论文于近日发表在著名的《光学》杂志上。

研究小组主要利用了“耳语廊模式共振”。这种现象是以19世纪在圣保罗大教堂观察到的一种效果命名的。在圣保罗大教堂,当你面对拱廊一端墙壁轻声说话,会经由教堂的巨型圆顶,清楚传到对面墙壁,使在另一侧的人清楚听到你说话的内容。

研究人员通过锥形光纤将光注入光学微谐振器中,光围绕微小圆形玻璃结构的表面多次反射,在结构内部循环数千次,由于玻璃环形谐振器可以储存大量的光,这些光能“摇晃”材料中的分子,产生声波。

当光在圆形玻璃结构上循环时,可与11吉赫(GHz)的声波相互作用,导致光向相反方向散射。这种相互作用可允许能量以一定的速率在光和声波之间交换。然而,光场和声场都会由于类似摩擦的过程而发生衰减,阻止两者耦合。该小组利用两个耳语廊模式共振克服了这一挑战,并且获得了大于类摩擦过程的耦合速率。在微小的玻璃结构中,实现了光和高频声波相互耦合。

研究小组正准备在接近绝对零度的温度下开展进一步实验,以探索量子力学行为,发展量子技术。

(记者:何屹)

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