國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)量快速轉(zhuǎn)換的新原理，實(shí)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(dòng)量守恒的限制。該課題組通過精心設(shè)計(jì)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(shí)獲得了大量準(zhǔn)連續(xù)的混沌模式，并通過基于時(shí)域有限差分法的三維模擬研究了混沌光子的角動(dòng)量快速轉(zhuǎn)換及遂穿的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)過程。研究結(jié)果表明混沌輔助的角動(dòng)量轉(zhuǎn)換新原理可以實(shí)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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。