科学家开发光控制新方法学术资讯

研究人员创造了两个吸收损耗不同的WGM微谐振器，并用它们一起耦合光场。图片来源：美国华盛顿大学/Lan Yang

本报讯自然和人造的物理结构都会失去能量，科学家也在努力消除或补偿这种损失。光学及光子器件通过光散射、辐射或材料吸收损失的能量。然而，某些情况下，在这些器件和系统中有意而谨慎地设计损耗，可能会导致非常规物理现象的出现，从而激发光控制和工程新方法。

近日，美国华盛顿大学、耶鲁大学等机构的研究人员，发现了通过不同类型的光损耗操纵光在光学谐振器中吸收的新方法。他们实现了两个相干完美吸收模式的简并，最终出现吸收光谱的异常展宽和在宽频带内强弱吸收之间切换的能力。相关论文刊登于《科学》。

研究人员使用了一个名为“耳语廊模式”（WGM）微谐振器的实验平台。在这里，耳语廊一边的人可以听到另一边的人低语。光学WGM器件的工作原理与之相似，只不过使用的是光频率，而不是声音频率。

这些结构支持共振，也就是说，只有具有一定频率的光才能在这样的系统中停留很长时间。由于材料吸收损耗，光会被谐振器吸收。此外，谐振器和光纤之间的耦合产生了一个额外的非耗散耦合损耗通道，允许困在谐振器内部的光从光纤中逃逸。

研究人员创造了两个具有不同吸收损耗的WGM微谐振器，并将它们设置在一起耦合其光场。每个谐振器都耦合到一个光纤波导上。通过改变谐振器和波导的间隙，研究人员能够调整耦合损耗，最终实现了对波导通道入射光的完美吸收。这也被称为相干完美吸收。

研究人员表示，在简并的完美吸收模式下，只要稍微改变进入波导管的两束激光的相对延迟，系统的吸收就会发生从强到弱的显著变化。

“这项工作为如何利用不同种类的损失操纵一个开放的物理系统带来了新见解。”论文通讯作者、华盛顿大学的杨岚（音译）说，“过去，损耗在非厄米光学、声学和电子系统中产生了许多有趣的物理现象，并且在利用不同损耗源的作用方面有很大潜力。例如，在该研究中，材料吸收损失与非耗散耦合损失在调整系统的散射特性方面起着截然不同的作用，各种类型的损耗丰富了光学工程的自由度。”

“损失在自然界中无处不在，通过更好地理解它，我们会使它更有用。”杨岚说。（鲁亦）