中國科大實現(xiàn)兩個光力系統(tǒng)的全光遠(yuǎn)程同步

  中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊在光力系統(tǒng)的全光遠(yuǎn)程同步研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊董春華教授及其合作者鄒長鈴等將微腔內(nèi)的光輻射壓力引起的機(jī)械振蕩加載到泵浦光上，經(jīng)過5km長的單模光纖傳輸后激發(fā)另一微腔內(nèi)的機(jī)械振蕩，通過光學(xué)模式和機(jī)械模式的有效調(diào)控從而實現(xiàn)了兩個光力系統(tǒng)的全光遠(yuǎn)程同步。相關(guān)研究成果8月5日發(fā)表在Physical Review Letters上，選為“PRL Editors' Suggestion”。

  迄今為止，振蕩器之間的全光同步距離僅限制在微米量級，這大大限制了同步網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。盡管光力系統(tǒng)將機(jī)械振蕩器與光子連接起來具有天然優(yōu)勢，但遠(yuǎn)程光力系統(tǒng)的全光同步實驗實現(xiàn)仍然具有挑戰(zhàn)性。首先，由于光學(xué)模式和機(jī)械模式在微腔制備過程和操控中不可避免的漲落，在不同的微腔系統(tǒng)中很難同時實現(xiàn)完全相同的光學(xué)和機(jī)械模式;其次，在傳輸過程中，機(jī)械振蕩的振幅會衰減，必然會產(chǎn)生光損耗，從而限制了同步的距離。

  研究團(tuán)隊提出了一種新的光力系統(tǒng)全光同步的物理解釋，將注入鎖定機(jī)制與同步機(jī)制結(jié)合起來，實現(xiàn)了全光遠(yuǎn)程同步。首先，基于微腔中的熱光效應(yīng)和光彈效應(yīng)，研究團(tuán)隊實現(xiàn)了最大達(dá)5.5nm的光學(xué)頻移以及0.42MHz的機(jī)械頻移，克服了在不同的光力系統(tǒng)中光學(xué)和機(jī)械模式同時對準(zhǔn)的困難。然后，該團(tuán)隊利用一束相干激光驅(qū)動二氧化硅微球腔，產(chǎn)生的調(diào)制光通過5 km長的光纖傳輸?shù)轿⒈P腔。在合適地激光頻率下，邊帶誘導(dǎo)的光力相互作用成功抑制真空噪聲，輸出功率譜降到單峰，實現(xiàn)兩個機(jī)械振子的同步。為了進(jìn)一步證實該實驗結(jié)果，研究團(tuán)隊利用1625 nm左右的探針激光對微盤的機(jī)械振動進(jìn)行檢測，進(jìn)一步確認(rèn)了實驗結(jié)果。通過對兩個振蕩器的輸出功率譜和相空間軌跡表征，兩個微腔可以以固定的相位關(guān)系和相同的頻率振動，展示了對不同波段光信息進(jìn)行同步的能力。本實驗所展示的遠(yuǎn)距離全光同步技術(shù)，為構(gòu)建復(fù)雜的同步光力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)，有希在光通信和時鐘同步等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

  (a)不同光力體系全光同步的示意圖;(b)微球和微盤通過5km的單模光纖實現(xiàn)同步的動力學(xué)過程;兩個機(jī)械振子同步前(c)和同步后(d)的相位圖

  信息來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)