微型装置以独特方式捕获并测量光

物理学家开发出一种革命性方法，能以惊人精度追踪光学腔内的光-物质相互作用。他们创新的混合腔设计为量子技术到材料科学等领域开启了新前沿。

来自马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心的科学家团队，成功研制出突破性的实验平台，可实现两个镜面间捕获光场的亚周期精度电场测量。通过电光法布里-珀罗谐振腔技术，该方案能精确控制和观测光与物质相互作用，尤其在太赫兹光谱范围表现突出。

研究人员设计出可调谐混合腔并绘制其复杂的允许模式集合，可在光波节点或振幅最大处精确定位测量点。这项突破为量子电动力学和材料特性的超快调控开辟了新道路。

图片:搜狗截图20250218083144.png

电光腔 的实验原理

核心突破

电光谐振腔：实现腔内电场的原位测量

太赫兹光谱范围：聚焦固体和分子中准粒子的低能相互作用，对理解关联材料量子动力学至关重要

混合腔设计：开发可调谐多层结构，实现光-物质相互作用的"开关"控制

理论突破：建立新模型阐释电磁模式复杂相互作用，为未来区分光-物质准粒子（极化激元）奠定基础

精密测量推动腔电动力学发展

物理学家通过开发光学腔内电场测量新方法取得重大突破。利用电光法布里-珀罗谐振腔实现亚周期时间尺度测量，可在相互作用发生原点观测光与物质反应。

探索太赫兹光谱新边疆

腔电动力学研究镜面间材料与光的相互作用机制。该研究聚焦太赫兹波段，在此低能激发决定材料基础特性。通过测量腔内兼具光与物质特性的新态，科学家深化了对这些相互作用的理解。

尖端混合腔设计革新

研究团队开发出配备可调气隙和分体探测晶体的混合腔。这种创新设计通过精确控制内部反射，实现按需选择性生成干涉图样。数学模型支持的观测结果有助于解析复杂腔色散，为光-物质相互作用物理机制提供新洞见。

未来应用前景

该研究为腔光-物质相互作用研究奠定基础，在量子计算和材料科学等领域具有应用潜力。论文第一作者Michael S. Spencer指出："我们的工作为探索和调控光与物质基本相互作用开辟了新可能，为未来科学发现提供了独特工具集。"课题组负责人Sebastian Maehrlein教授总结道："我们的电光腔提供了超高精度场解析视角，为实验和理论中的腔量子电动力学研究开辟了新路径。"

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01685-x