以色列研究人员开发新型光学谐振器在谐振增强方面取得突破性进展

Physical Review X最近报道了以色列技术学院的新型光学谐振器,该谐振器在谐振增强方面是空前的。由研究生Jacob Kher-Alden在Tal Carmon教授的指导下开发的。

谐振器是一种捕获波的装置,并通过从一个壁反射到另一个壁来增强或回波的设备,该过程称为共振增强。如今,世界各地有各种各样复杂的谐振器,以及我们所有人都熟悉的简单谐振器。例如吉他的共鸣箱,增强由琴弦产生的声音,或长笛的主体,增强在乐器的吹口中产生的声音。

在从物理学到工程学的发展过程中,出现了一个问题,那就是如何制造一个尽可能接近球体的共振器,使其干净、光滑,并提供最大的旋转次数以实现最佳共振。这是一个挑战,许多研究小组都参与其中,并产生了球体或环形的微小玻璃谐振器,该谐振器紧靠一条窄光纤。两年前,Carmon教授在《自然》杂志上提出了一个例子。

20世纪70年代,2018年诺贝尔物理学奖得主阿瑟-阿什金展示了世界上第一个微型谐振器,他提出了一个浮动谐振器。尽管取得了成就,但很快就放弃了这个研究方向。现在,受阿什金开创性工作的启发,新型浮动谐振器表现出10000000次光循环的谐振增强,而阿什金的谐振器只有约300次光循环。

研究人员开发的谐振器是由一滴直径约20微米的高透明油制成的,这是一束头发的厚度的四分之一。使用一种称为“光学镊子”的技术,水滴可以利用光保持在空中。此技术用于在没有材料支撑的情况下将液滴固定在空气中-这可能会损坏其球形形状或弄脏液滴。根据Carmon教授的说法,“这种新颖的光学发明,即光学镊子,在生命科学,化学,微流设备等领域得到了广泛的应用,该研究表明光学镊子在光学工程领域具有巨大的潜力。

以色列研究人员开发新型光学谐振器在谐振增强方面取得突破性进展
以色列研究人员开发新型光学谐振器在谐振增强方面取得突破性进展

油滴的微小尺寸也改善了球形的完整性,因为重力几乎不会使其变形,因为相对于赋予其球形形状的液体界面的表面张力,它在这些尺寸上是微不足道的。研究人员开发的独特系统中,油滴被一束激光束固定,并接收另一根光纤的光,光纤在通过谐振器后也接收回光。

以色列研究人员开发新型光学谐振器在谐振增强方面取得突破性进展

根据返回光纤的光的特性,研究人员可以知道油滴内部发生了什么。例如,他们可以关闭进入谐振器的光,并检查光子在谐振器中会存活多久才会消逝。根据这些数据和光速,他们可以计算出光子在液滴中的旋转次数(平均)。结果显示,在光的放大方面创下了世界纪录。10,000,000次旋转,通过约一微米平方的横截面积,使光增加了1,000万倍。

这项研究是美国国家科学基金会和计划与预算委员会“光之环”卓越中心(ICORE)的一部分。美国-以色列科学两国基金会(BSF);美国国家科学基金会(NSF);和以色列科学基金会(ISF)支持该研究项目。

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