近日，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在光學(xué)非互易領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)鄒長(zhǎng)鈴研究組與山西大學(xué)張鵬飛、張?zhí)觳沤淌诘热撕献?，在原子系綜中實(shí)現(xiàn)了 51.5dB 的非互易隔離，是目前無磁非互易領(lǐng)域中的最高隔離比，并且首次探討了非互易器件中量子噪聲問題，證明了該新的全光非互易效應(yīng)不會(huì)引入額外的量子噪聲。
非互易是光學(xué)領(lǐng)域中重要的基礎(chǔ)概念，由此衍生出的隔離器、環(huán)路器等都是光路中不可或缺的元件。以磁光效應(yīng)圓偏雙折射為原理的法拉第隔離器因其易于搭建、隔離度高、低損耗等特性被廣泛地使用于各種光路系統(tǒng)中。然而在集成化的光路中，傳統(tǒng)的法拉第隔離器會(huì)受到種種限制：一是難以制備高性能的片上磁光介質(zhì);二是其所需的強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)對(duì)周圍的器件產(chǎn)生干擾，因此如何實(shí)現(xiàn)可集成的無磁非互易在近些年來倍受大家關(guān)注。
研究組利用圓偏泵浦光將氣室中的原子極化到一個(gè)特定的磁自旋態(tài)上，對(duì)不同偏振的光產(chǎn)生不同的吸收和色散，實(shí)現(xiàn)了約 30dB 的隔離比。在此基礎(chǔ)上，研究組加入了一個(gè)行波腔，大幅增強(qiáng)了光與原子之間的相互作用，最終將隔離比提高到了 51.5dB，成功地制備出了基于原子系綜的非互易介質(zhì)。這套系統(tǒng)有較好的魯棒性，對(duì)于外界弱磁場(chǎng)的干擾、泵浦光頻率和功率的浮動(dòng)等均不敏感，具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。
此外，該研究組首次在非互易領(lǐng)域中提出并回答了非互易器件本身是否會(huì)產(chǎn)生噪聲光子的問題，通過測(cè)量相干光和偽熱光通過該系統(tǒng)前后的二階相干函數(shù)的改變，間接地計(jì)算出系統(tǒng)自身產(chǎn)生的噪聲光子數(shù)小于 0.0084 個(gè)(99.7% 置信)，證明該系統(tǒng)并不會(huì)產(chǎn)生額外的量子噪聲。
該成果于 2021 年 4 月 22 日在國際知名期刊《自然?通訊》上發(fā)表，其在非互易領(lǐng)域開辟出了一個(gè)新的方向，并在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義。相關(guān)審稿人給予高度評(píng)價(jià)：
?胡等人在實(shí)現(xiàn)魯棒非互易器件上解決了一個(gè)重要的挑戰(zhàn)，展示出了一個(gè)噪聲非常低的系統(tǒng);
?實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人印象深刻，在實(shí)現(xiàn)非互易器件這條道路上是十分鼓舞人心的。
中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生胡昕欣和王竹博為論文共同第一作者，通訊作者為我校鄒長(zhǎng)鈴教授、董春華教授和山西大學(xué)的張鵬飛教授。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和安徽省引導(dǎo)專項(xiàng)的支持。
?中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)董春華研究小組與鄒長(zhǎng)鈴博士后首次在介質(zhì)微腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了基于布里淵散射聲學(xué)聲子的光信息存儲(chǔ)，存儲(chǔ)壽命可達(dá)十幾微秒。該成果于 2015 年 2 月 4 日在 Nature Communications 上發(fā)表;
?中國科大郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董春華研究小組與鄒長(zhǎng)鈴博士后在腔光力學(xué)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次在回音壁模式微腔內(nèi)觀測(cè)到基于腔光力體系的非互易光學(xué)特性，得到了全光控制的非互易微腔器件。該成果 8 月 22 日在《自然?光子學(xué)》上發(fā)表;
?中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)董春華研究組首次利用回音壁模式微腔中腔光力的非互易特性，實(shí)現(xiàn)了全光控制的非互易多功能光子器件，并首次實(shí)現(xiàn)集成光學(xué)定向放大器。該成果于 5 月 4 日在國際權(quán)威期刊《Nature Communications》上發(fā)表;
?我校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)董春華研究組在單個(gè)微腔內(nèi)構(gòu)建了人工規(guī)范場(chǎng)研究方面取得重要進(jìn)展，其首次利用回音壁模式微腔中多模相互作用，通過幾何相位控制實(shí)現(xiàn)了人工合成規(guī)范場(chǎng)，包括合成磁場(chǎng)和合成電場(chǎng)。該研究成果 2021 年 3 月 22 日在國際學(xué)術(shù)期刊《Physics Review Letters》上發(fā)表。
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