新技術(shù)首次將光場轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動　可廣泛應(yīng)用于通信和量子信息技術(shù)

　　德國和瑞士科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)在11月11日出版的《科學(xué)》雜志上報(bào)告稱，他們發(fā)明了一種可以將光子和機(jī)械振動耦合在一起的新方法，有望在通信和量子信息技術(shù)領(lǐng)域“大展拳腳”，用于研發(fā)新穎的全光緩存器、控制量子層級的光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)等。

　　負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究的德國馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所物理學(xué)家托拜厄斯·基彭貝格與洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)光子和量子測試實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)合作，組建了一套設(shè)備。在這套設(shè)備中，穿過一個(gè)光學(xué)微共振腔的一束光線能夠被第二束更加強(qiáng)烈的光線控制，因此，該設(shè)備就如同光敏晶體管。光敏晶體管是指在有光照射時(shí)能輸出放大的電信號，而無光照射時(shí)便處于截止?fàn)顟B(tài)的三極管，其不僅有光電轉(zhuǎn)換作用，而且還能放大光信號。

　　該研究團(tuán)隊(duì)的光學(xué)微共振腔具有兩個(gè)特點(diǎn)：其一，它將光線收集在一個(gè)細(xì)小的玻璃結(jié)構(gòu)中，引導(dǎo)這束光線進(jìn)入一種循環(huán)模式。其二，這種結(jié)構(gòu)就像玻璃酒杯一樣，會以非常精確的頻率震動。但這種結(jié)構(gòu)非常纖細(xì)(只有人頭發(fā)絲直徑的幾分之一)，其振動頻率是玻璃酒杯振動頻率的10000多倍。

　　當(dāng)光束射入該設(shè)備時(shí)，光子會產(chǎn)生輻射壓力，這種壓力會被共振腔放大。其結(jié)果是，壓力不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致共振腔變形，將光線和機(jī)械震動耦合在一起。如果使用兩束光線，具有機(jī)械振動的兩束激光之間的交互作用會制造出一種光學(xué)“開光”：較強(qiáng)的“控制”激光能夠打開或者關(guān)閉較弱的“探測”激光，正如電子晶體管中出現(xiàn)的情況一樣。

　　將輻射轉(zhuǎn)化為震動被廣泛應(yīng)用于移動手機(jī)中，比如，手機(jī)接收器可以將電磁輻射轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動，有效地過濾信號。但是，科學(xué)家一直不能使用光來進(jìn)行這樣的轉(zhuǎn)化。現(xiàn)在，這套設(shè)備首次將光子光場轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動，這將在通信領(lǐng)域大有用武之地。例如，研究人員可以設(shè)計(jì)出新奇的全光緩存器，在幾秒鐘之內(nèi)存儲大量光學(xué)信息。

　　馬克斯普朗克研究所的科學(xué)家阿爾伯特·希瑟說，兩年多以前科學(xué)家就知道這種效應(yīng)在理論上是可行的，但將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)比較難。洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)資深科學(xué)家薩繆爾·德利格利斯表示，理論和實(shí)踐完美地結(jié)合在一起令人興奮。

　　目前，全球各地的研究人員正想方設(shè)法控制量子層級的光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)，這種新穎的可開關(guān)耦合系統(tǒng)可以被作為混合量子系統(tǒng)的一個(gè)重要的接口，幫助研究人員掃清上述障礙。