方法可有效产生相干振动

激光可定义为 排放 准直光束具有 明确的 波长(颜色)和相位。这种现象是由自组织过程引起的,其中 采集 的中心通过自身同步产生相同的光粒子(光子)。

(a)半导体微腔中微结构阱的极化子BEC和声子激射。 (b)在低(下部曲线)和高(上部曲线)粒子密度下的BEC发射,显示了由声子能量隔开的声子边带ℏω_a. PDI &巴尔塞罗研究所和中心ómico。图片提供:柏林Forschungsverbund。

类似的自组织同步现象也可能导致产生相干振动—声子激光器,其中声子类似于光子表示声音的量子粒子。

光子激射最初是在大约六十年前被证明的,而恰巧是在阿尔伯特·爱因斯坦预测它的六十年之后。如此刺激的放大光发射在许多领域中发现了无与伦比的技术和科学应用。

即使一个“laser of sound”几乎同时进行了预言,到目前为止,仅报告了少数实现,但没有一个实现技术成熟。

An association between scientists from巴尔塞罗研究所和中心ó现在,位于巴里洛切(阿根廷)的mico和位于柏林(德国)的Paul-Drude-Institut引入了一种独特的方法,可以利用半导体结构有效地产生数十GHz范围内的相干振动。

令人着迷的是,这种用于产生相干声子的方法是基于爱因斯坦的其他预测—that of 日e 5 物质状态,耦合的光物质粒子(极化子)的玻色-爱因斯坦凝聚物(BEC)。

这样,极化子BEC在半导体微腔的微结构阱中产生,该微结构阱包含紧密堆积在分布的布拉格反射器(DBR)之间的电子中心,这些反射器被开发来反射相同的能量光hω_C由中心产生,如上图所示。

当中心的电子状态被能量变化为h的光束光学激发时ω_L(对于DBR是透明的),它们以能量h产生光粒子或光子ω_C,它们在DBR处向后反射。

随后,中心再次重新吸收光子。发射和再吸收事件的快速和重复顺序使得区分能量是保持在光子状态还是电子状态是不可行的。

更确切地说,状态之间的混合会产生极化子,这是一个新的轻质粒子。

此外,在高粒子密度下(并由陷阱引起的空间定位辅助),极化子会穿透自组织状态,类似于激光器中的光子,在该状态下,所有粒子同步放电,以相同相位发射光。能源—极化BEC激光器。

The typical signature of 极化BEC is a highly narrow spectral line demonstrated by 日e blue curve in 日e above image, which can be detected by quantifying 日e evanescent radiation exiting 日e microcavity.

所利用的微腔镜(DBR)的另一个引人入胜的特性是有可能在特定波长范围内反射光学(光)以及机械振动(声音)。

结果,用于近红外光子的标准AlGaAs微腔也限制了振动的量子—声子与能量hω_a对应于振荡频率ω约20 GHz的_a / 2p。

Since 日e photon reflection by 日e DBRs offers 日e feedback needed for 日e development of a polariton BEC, phonon reflection results in an accumulation of 日e phonon population and also leads to improved interaction of phonons with 极化BEC.

但是声子和极化子之间的相互作用如何发生?与轮胎中的空气相似,高密度的凝聚极化子在微腔镜上施加压力,可以激活并维持有限声子频率下的机械振荡。

Such breathing oscillations alter 日e dimensions of 日e microcavity and 日us act back on 极化BEC. This coupled optomechanical interaction results in 日e coherent 排放 of sound 日at is above a critical polariton density.

这种声子相干发射的指纹是在能量为h的激光的恒定激励下BEC发射的自脉冲ω_L。通过在声子能量h的倍数偏移的极化子BEC发射周围出现强大的边带可以检测到这种自脉冲ω_a.

对边带幅度的研究表明,数十个单色声子填充了随之而来的振动状态,并作为20 GHz相干声子激光束射向基板。

该设计的主要特征是内部高强度单色光发射器对声子的刺激—the polariton BEC—可以像垂直腔表面发射激光器(VCSEL)一样通过光学和电子方式触发。

而且,可以通过适当地改变微腔设计来实现更高的声子频率。声子激光器的有前途的应用包括量子发射器,光束的相干控制,通信和量子信息设备中的门以及在非常广泛的20-300 GHz频率范围内与即将到来的网络技术相关的光-微波双向转换。

期刊参考:

Chafatinos,D. L., 。 (2020)极化子驱动的声子激光器。 自然通讯。 doi.org/10.1038/s41467-020-18358-z

资源: //www.fv-berlin.de/

告诉我们你的想法

您是否有评论,更新或想要添加到此新闻报道中的任何内容?

留下您的反馈
提交