光学参量振荡器中的光谱相变

从宏观尺度到纳米尺度的光子谐振器一直是基于光的基础研究和应用的支柱。设计这些空腔共振光谱特征的能力揭示了传感和光-物质相互作用的巨大可能性。光子谐振器中的强非线性会导致各种丰富的现象，例如，存在于非平衡稳态中的非线性驱动耗散系统表现出自组织、模式形成以及出现相和动态相转变。现已预测和证明了多种非线性动力学行为，例如双稳态、自脉动、极限环、模式形成和相位转换，尽管没有明确地在谱域中。当控制参数在临界/转变点附近变化时，相变标志着系统特性的普遍的定性状态变化。受驱动的非线性谐振器为与远离平衡的相变相关的现象提供了肥沃的土壤，这可能会带来线性谐振器无法获得的机会。

       近日，来自美国加州理工学院电气工程系的Arkadev Roy和Saman Jahani等人表明光学参量振荡器(OPOs)可以在简并和非简并区域之间的光谱域中经历二阶相变。光谱响应的这种突变遵循临界点周围的平方根依赖性，表现出对参数变化的高度敏感性，类似于异常点周围的系统。他们通过实验证明了二次OPO中的这种相变。他们表明临界点的发散磁化率伴随着自发的对称性破缺和两种状态下不同的相位噪声特性，表明了超越非线性分叉解释的重要性。他们还预测了耦合光学参量振荡器中一阶光谱相变的发生。他们关于非平衡光谱行为的结果可以用于增强传感、高级计算和量子信息处理。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

文章链接：Arkadev Roy, Saman Jahani et al. Spectral phase transitions in optical parametric Oscillators. Nature Communications (2021) 12:835
       https://doi.org/10.1038/s41467-021-21048-z