德国研究人员首次证明了相干腔光机械现象为声子激光器的研发铺平道路

2021-03-02 08:22

虽然＂声音激光＂的概念是在大约60年前被预测出来的，但迄今为止，只有少数的研究报告，而且没有一个技术达到成熟。有趣的是，这种产生相干声子的方法是基于爱因斯坦的另一个预言：即物质的第五态，即耦合的光－物质粒子（偏振子）的玻色－爱因斯坦凝聚物（BEC）。

日前，来自巴里洛切（阿根廷）的巴塞罗研究所和Centro Atomico与柏林（德国）的Paul－Drude研究所的研究人员合作，推出了一种利用半导体结构在数十GHz范围内高效产生相干振动的新方法。

高效产生声子是未来电驱动声子激光器的一个重要因素。混合量子系统结合空腔量子电动力学和光机械学构成了一个新的平台，具有在极高频率范围（30－300 GHz）运行的潜力。我们报告了一个混合系统中类似激光的声子发射，该系统在半导体微腔中以光学机械方式耦合偏振子玻色－爱因斯坦凝聚物（BECs）与声子。

所研究的系统包括GaAs／AlAs量子井与腔体限制的光学和振动模式耦合。非共振连续波激光激发的偏振子BEC在一个单独的陷阱阵列，诱导相干的机械自振荡，导致光谱边带的形成位移的基本20 GHz模式振动频率的谐波。

当可调谐邻位阱相对于泵浦阱BEC发射在振动模式的偶次谐波下发生红移时，这种声子＂滞后＂增强了高于热值五个数量级的声子占用。这些实验在理论模型的支持下，首次证明了具有激子极子的相干腔光机械现象，为量子技术、声子激光器和声子－光子双向翻译器的新混合设计铺平了道路。

此外，通过对微腔设计的适当修改，可以实现更高的声子频率。声子激光器的潜在应用包括通信和量子信息设备中光束、量子发射器和门的相干控制，以及与未来网络技术相关的20－300 GHz的极宽频率范围内的光到微波双向转换。

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