研究人员利用光学模式和机械模式实现非互易频率转换

微腔中非互易转换的示意图。图片来源：Shen Zhen et al

       最近，中国科学技术大学（USTC）郭光灿教授领导的研究团队利用微腔中的两种光学模式和两种机械模式，通过光辐射压力实现了任意两种不同模式之间的非互易频率转换。他们的研究成果已经发表在《Physical Review Letters》期刊上。

       光学和声学非互易器件是构建基于光子和声子的信息处理和传感系统的重要组成部分，虽然磁诱导非互易性在光学器件中已经得到了广泛的应用，但是在器件集成方面仍面临挑战。由于磁诱导声学非互易的效应较弱，难以集成的声学非互易器件，为了实现无磁非互易，光力系统是非常有效的，有望成为最有前景的方法之一。

       在这项工作中，该团队研究了微腔中光子和声子之间的非互易转换，研究人员利用两种光学模式和两种机械模式形成了一个四模元格的闭环，四个模式的频率分别为388 THz、309 THz、117 MHz和79 MHz。该研究团队演示了这四种模式中任意两个节点之间的非互易转换，包括声子-声子（MHz-MHz）、光子-光子（THz-THz）和光子-声子（THz-MHz）的非互易转换。

       这些非互易转换的原理就是利用光力微腔中的多种模式构建人工规范场，这也是该团队之前进行的一项研究，通过控制光的相位实现规范场中几何相位，从而可以实现全光控制的灵活的非互易转换，然后，通过在元格中引入第三种机械模式，研究人员进一步实现了声子环形器，其方向由两个独立的控制光相位决定。

       该团队的研究结果可以推广到微腔中的其他光学模式和机械模式，以构建具有更多节点的混合网络，这项工作在通信和信息处理方面具有巨大的应用潜力，特别是在光学波分复用网络和连接具有不兼容频率的分离系统的量子接口方面。

      消息来源：https://phys.org/news/2023-03-nonreciprocal-frequency-conversion-optical-mechanical.html

      [1]Zhen Shen et al, Nonreciprocal Frequency Conversion and Mode Routing in a Microresonator, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.013601