声子介导的光子Autler-Townes分裂实现电驱动光学隔离

       光隔离器在所有光子系统中都是不可或缺的，它们能够确保光传播的单向性，防止不良反射。基于非对称法拉第旋转的磁光隔离器长期以来一直主导着非互易光子器件领域，因为它们具有提供低插入损耗（<2 dB），高对比度（30-60 dB）和宽带（数纳米）等优点。研究人员已经做出了许多尝试，试图将这些设备带到芯片上，并取得了一定程度的成功，但仍有许多未解决的挑战阻碍了其全面应用。于是人们对光隔离器的改进技术进行了广泛的研究，这些技术涉及利用合成场、光机学、声光、电光、旋转谐振器和手性泵浦原子等领域。他们可以通过时空复合调制的方法，并使用一些动量守恒规则或动量偏差来破坏互易性。一般情况下，这些方法在较窄的带宽上工作，这对于各种单频激光应用来说是可行的，例如，在超稳定光源、光探测和测距、频率梳等应用中，然而同时兼具低插入损耗的能力仍然是一个巨大的技术挑战。

       近日，美国伊利诺伊大学机械科学与工程系的Gaurav Bahl教授研究团展示了一种电驱动的光隔离器设计技术，该技术利用了小尺寸、高质量的介质波导的高透明度特点，以及临界耦合吸收体的强衰减效应。该结果通过铌酸锂环形谐振器来实现的，其中声子介导的光子Autler–Townes分裂破坏了共振模式的手征对称性，在低温量子技术中作为抑制热噪声的手段，且不会影响超导材料的磁场。此外，他们还演示了波长在1550nm和780nm附近相隔一个倍频程的隔离器，由相同绝缘晶片上的铌酸锂制成。线性隔离被证明同时小于1 dB插入损耗，大于39 dB的对比度和10 dB带宽高达200MHz。这是实现芯片级原子-光子集成的关键技术。相关研究工作发表在《Nature Photonics》上。（钟雨豪）

       文章链接：Sohn, D.B., Örsel, O.E. & Bahl, G. Electrically driven optical isolation through phonon-mediated photonic Autler–Townes splitting. Nat. Photon. (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00884-x