在特殊点上运行的声子激光器
由圣路易斯华盛顿大学的工程师领导的一个国际研究团队已经有一个能产生“良好振动”的激光系统。 (~{7 e/)r
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他们开发了一种激光系统，该系统已经擅长将称为光子的微小光包变成一个可调谐系统，这种可调系统还产生一些称为声子的机械能 - 振荡或振动的能量产物。 2P9h x5PiV
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在这样做的过程中，他们是第一个扩大声子激光器中所谓的激光线宽并将其引导通过一个被称为“特殊点”的物理系统的研究小组。 }mz4 3Sq<
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线宽是发射激光的重要组成部分，显示了激光信号的物理完整性以及激光中通常不需要的噪声的测量。 q{c6DCc ]\
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这项研究涉及来自中国，奥地利，日本和密歇根的合作者，发表在2018年7月9日的Nature Photonics杂志（“A phonon laser operating at an exceptional point”）上。 |U$oS2U\m
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由耦合光学谐振器形成的声子激光器。当两种光学超模的频率差与频率机械振动匹配时，可以增强谐振腔（蓝色）中的机械振动。（图片来源：Micro / 纳米光子实验室） +YhTb
“我们已经证明你可以利用光场来触发机械运动，从而产生一个声波（声音）。”美国工程与应用科学学院电气与系统工程学院Edwin H.和Florence G. Skinner教授Lan Yang说。 Oa7` Y`6
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“将声子激光视为传统光学或光子激光的对应物，在医学外科，材料科学和通信领域具有令人兴奋的应用。我们已经演示了一种可控制的声子激光器，可以针对阈值和线宽以及其他潜在参数进行调整。 &#g;=jZ
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“我们的研究首次提供了直接的证据，证明特殊的点增强光学噪声可以直接转移到机械噪声上，”Yang说。 =g/K>B
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Yang的激光，通过受激辐射进行光放大的缩写，属于一类叫做回音廊模式谐振器（WGM），它的工作方式就像伦敦圣保罗大教堂著名的回音廊一样，在圆顶的一侧能听到另一侧有人对着墙说话的声音。与在可听范围内具有共振或有效点的圆顶不同，传感器在光频率下共振，现在在振动或机械频率下共振。 sBF}j.b
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将特殊点视为复杂的超能量模式，通常会发生不可预测和违反直觉的现象。在最近的物理研究中，这一特殊点已经导致了许多违反直觉的活动和结果，并预计会发现更多。在这个国际研究项目中，使用数学工具来描述物理系统：当两个复杂的特征值及其特征向量合并或变成相同时，物理场中出现了一个特殊点。 qVJV 9n
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“我们使用声子激光系统而不是光子激光器来证明我们的主要结果，因为与光子激光器相比，更容易检查声子激光器的线宽，”她说。 6}Y^X
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想象两个WGM微谐振器在一个场中彼此紧密相连，两个光子探测器通过一个波导连接在一起，能将光线导入和导出系统。将这两个“超级模式”称为Resonator 1和Resonator 2。 RhbYDsG
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“在支持光子和产生声子的第一个谐振器中，我们知道当光场足够强时，辐射将触发与声波振动相关的机械振荡，”Yang说。“我们将声波频率校准为10兆赫兹。然后我们调整两个谐振器之间的间隙，以观察耦合谐振器的传输频谱。当我们改变这个间隙时，我们发现我们可以调整光谱距离。我们把它从100兆赫调谐到80到50，这取决于谐振器之间的物理间隙。如果你很好地调节间隙，使两者之间的光谱距离与机械振动的频率相匹配，那么你就有了共振。” Dw;L=4F
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共振是一种现象，即来自系统的外力导致另一个系统以特定的频率振动。 |? ?uVA)\X
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这两个光场具有两个不同的频率和能级。10兆赫的机械频率与两个超级模式之间的能量差相匹配。两个谐振器都支持光子，但只有一个产生声子。 5H==m~
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在未来的工作中，Yang打算更深入地研究声子激光中两种超模式之间的能量交换，并在特殊点继续寻求惊喜。 t
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她称声子激光的未来“非常光明”。 y| @[? B
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原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=50754.php（实验帮译）
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