利用光力系統實現非互易頻率轉換

記者10日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊的董春華教授研究組通過光輻射壓力實現兩光學模式和兩機械模式間的相互作用，進而實現了任意兩模式間全光控的非互易頻率轉換。該研究成果日前發表在國際期刊《物理評論快報》上。

光學和聲學非互易器件在構建基於光子和聲子的資訊處理和傳感系統中是非常重要的元器件。雖然磁誘導非互易已廣泛應用於分立光學非互易器件，但在器件整合化方面仍面臨挑戰。同時，磁誘導聲學非互易由於效應較弱，也難以實現整合的聲學非互易器件。腔光力學系統是實現無磁非互易的有效系統之一，在之前的工作中研究組已經演示了基於腔光力相互作用的無磁光學環形器。

在前期工作基礎上，研究組研究了單個微腔中光子和聲子的非互易轉換。利用兩個光學模式和兩個機械模式通過光力相互作用構成閉環四模元格，這四個模式具有完全不同的頻率，分別為388THz、309THz、117MHz和79MHz。研究組演示了四個模式中任意兩個節點之間的非互易轉換，包括聲子—聲子（MHz—MHz）、光子—光子（THz—THz）和光子—聲子（THz—MHz）的非互易轉換。該非互易轉換的原理正是利用光力微腔中的多個模式構建人工規範場，通過控制光的相位實現規範場中幾何相位，從而可以實現全光控制的靈活的非互易轉換。接下來，在該元格中引入第三個機械模式，實現了聲子環形器，該環形器的方向受兩個獨立的控制光相位決定。

據悉，這一研究結果可以推廣到微腔內其他的光學模式和機械模式，構建更多節點的混合網路，實現資訊在混合網路中的單向傳輸，這在通訊和資訊處理領域具有潛在的應用，特別是在光學波分復用網路和用於連接不同頻率下工作的分立量子系統。