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新技術首將光場轉化為機械振動
引自科學網
This is a false-color scanning electron micrograph of the microresonator used in the study of OMIT. The red top part is a silica toroid; it is supported by a silicon pillar (gray) on a semiconductor chip. The silica toroid serves both, as an excellent optical resonator for photons, and it supports mechanical vibrations (phonons). The mutual coupling of photons and phonons can be harnessed to control the propagation of light all-optically. (Credit: T. Kippenberg / EPFL)
德國和瑞士科學家組成的研究團隊在2010年11月11日出版的《科學Science》雜誌上報告稱，他們發明了一種可以將光子和機械振動耦合在一起的新方法，有望在通信和量子資訊技術領域“大展拳腳”，用於研發新穎的全光學電晶體或暫存器(all-Optical transistor)、控制量子層級的光學機械系統等。
負責此項研究的德國馬克斯普朗克量子光學研究所(Max-Planck-Institut für Quantenoptik)物理學家托拜西•基彭貝格(Tobias J. Kippenberg)與洛桑聯邦理工大學(EPFL, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)光子和量子測試實驗室(Laboratory of Photonics and Quantum Measurements)的研究團隊合作，組建了一套設備。在這套設備中，穿過一個光學微共振腔(optical microresonator)的一束光線能夠被第二束更加強烈的光線控制，因此，該設備就如同光學電晶體(optical transistor)。光學電晶體是指在有光照射時能輸出放大的電信號，而無光照射時便處於截止狀態的三極管，其不僅有光電轉換作用，而且還能放大光信號。
該研究團隊的光學微共振腔具有兩個特點：其一，它將光線收集在一個細小的玻璃結構中，引導這束光線進入一種迴圈模式。其二，這種結構就像玻璃酒杯一樣，會以非常精確的頻率震動。但這種結構非常纖細（只有人頭髮絲直徑的幾分之一），其振動頻率是玻璃酒杯振動頻率的10000多倍。
當光束射入該設備時，光子會產生輻射壓力，這種壓力會被共振腔放大。其結果是，壓力不斷增強，導致共振腔變形，將光線和機械震動耦合在一起。如果使用兩束光線，具有機械振動的兩束鐳射之間的交互作用會製造出一種光學“開光”：較強的“控制” 雷射能夠打開或者關閉較弱的“探測”雷射，正如電子電晶體中出現的情況一樣。
將輻射轉化為震動被廣泛應用於移動手機中，比如，手機接收器可以將電磁輻射轉化為機械振動，有效地過濾信號。但是，科學家一直不能使用光來進行這樣的轉化。現在，這套設備首次將光子光場轉化為機械振動，這將在通信領域大有用武之地。例如，研究人員可以設計出新奇的全光學暫存器，在幾秒鐘之內存儲大量光學資訊。
馬克斯普朗克研究所的科學家阿爾伯特•希瑟(Albert Schliesser)說，兩年多以前科學家就知道這種效應在理論上是可行的，但將其變為現實比較難。洛桑聯邦理工大學資深科學家薩繆爾•德利格利斯(Samuel Deléglise)表示，理論和實踐完美地結合在一起令人興奮。
目前，全球各地的研究人員正想方設法控制量子層級的光學機械系統，這種新穎的可開關耦合系統可以被作為混合量子系統的一個重要的介面，幫助研究人員掃清上述障礙。（來源：科技日報 劉霞）
Science Daily原文報導
All-Optical Transistor: Controling the Flow of Light With a Novel Optical Transistor
ScienceDaily (Nov. 12, 2010)
Science原文論文
Optomechanically Induced Transparency
Science DOI: 10.1126/science.1195596
Stefan Weis,1,2,* Rémi Rivière,2,* Samuel Deléglise,1,2,* Emanuel Gavartin,1 Olivier Arcizet,3 Albert Schliesser,1,2 Tobias J. Kippenberg1,
1 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL, 1015 Lausanne, Switzerland.
2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse 1, 85748 Garching, Germany.
3 Institut Néél, 25 rue des Martyrs, 38042 Grenoble, France.
引自科學網
This is a false-color scanning electron micrograph of the microresonator used in the study of OMIT. The red top part is a silica toroid; it is supported by a silicon pillar (gray) on a semiconductor chip. The silica toroid serves both, as an excellent optical resonator for photons, and it supports mechanical vibrations (phonons). The mutual coupling of photons and phonons can be harnessed to control the propagation of light all-optically. (Credit: T. Kippenberg / EPFL)
德國和瑞士科學家組成的研究團隊在2010年11月11日出版的《科學Science》雜誌上報告稱，他們發明了一種可以將光子和機械振動耦合在一起的新方法，有望在通信和量子資訊技術領域“大展拳腳”，用於研發新穎的全光學電晶體或暫存器(all-Optical transistor)、控制量子層級的光學機械系統等。
負責此項研究的德國馬克斯普朗克量子光學研究所(Max-Planck-Institut für Quantenoptik)物理學家托拜西•基彭貝格(Tobias J. Kippenberg)與洛桑聯邦理工大學(EPFL, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)光子和量子測試實驗室(Laboratory of Photonics and Quantum Measurements)的研究團隊合作，組建了一套設備。在這套設備中，穿過一個光學微共振腔(optical microresonator)的一束光線能夠被第二束更加強烈的光線控制，因此，該設備就如同光學電晶體(optical transistor)。光學電晶體是指在有光照射時能輸出放大的電信號，而無光照射時便處於截止狀態的三極管，其不僅有光電轉換作用，而且還能放大光信號。
該研究團隊的光學微共振腔具有兩個特點：其一，它將光線收集在一個細小的玻璃結構中，引導這束光線進入一種迴圈模式。其二，這種結構就像玻璃酒杯一樣，會以非常精確的頻率震動。但這種結構非常纖細（只有人頭髮絲直徑的幾分之一），其振動頻率是玻璃酒杯振動頻率的10000多倍。
當光束射入該設備時，光子會產生輻射壓力，這種壓力會被共振腔放大。其結果是，壓力不斷增強，導致共振腔變形，將光線和機械震動耦合在一起。如果使用兩束光線，具有機械振動的兩束鐳射之間的交互作用會製造出一種光學“開光”：較強的“控制” 雷射能夠打開或者關閉較弱的“探測”雷射，正如電子電晶體中出現的情況一樣。
將輻射轉化為震動被廣泛應用於移動手機中，比如，手機接收器可以將電磁輻射轉化為機械振動，有效地過濾信號。但是，科學家一直不能使用光來進行這樣的轉化。現在，這套設備首次將光子光場轉化為機械振動，這將在通信領域大有用武之地。例如，研究人員可以設計出新奇的全光學暫存器，在幾秒鐘之內存儲大量光學資訊。
馬克斯普朗克研究所的科學家阿爾伯特•希瑟(Albert Schliesser)說，兩年多以前科學家就知道這種效應在理論上是可行的，但將其變為現實比較難。洛桑聯邦理工大學資深科學家薩繆爾•德利格利斯(Samuel Deléglise)表示，理論和實踐完美地結合在一起令人興奮。
目前，全球各地的研究人員正想方設法控制量子層級的光學機械系統，這種新穎的可開關耦合系統可以被作為混合量子系統的一個重要的介面，幫助研究人員掃清上述障礙。（來源：科技日報 劉霞）
Science Daily原文報導
All-Optical Transistor: Controling the Flow of Light With a Novel Optical Transistor
ScienceDaily (Nov. 12, 2010)
Science原文論文
Optomechanically Induced Transparency
Science DOI: 10.1126/science.1195596
Stefan Weis,1,2,* Rémi Rivière,2,* Samuel Deléglise,1,2,* Emanuel Gavartin,1 Olivier Arcizet,3 Albert Schliesser,1,2 Tobias J. Kippenberg1,
1 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL, 1015 Lausanne, Switzerland.
2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse 1, 85748 Garching, Germany.
3 Institut Néél, 25 rue des Martyrs, 38042 Grenoble, France.
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