多伦多大学观察到超窄光谱凹陷，为百年布里渊散射理论开辟新空间 “1922年

“1922年，法国物理学家莱昂·布里渊（LéonBrillouin）首次描述了布里渊散射，他那篇关于布里渊散射的原创论文到今年恰好100周年。我相信，假如布里渊先生知道，当把以他的名字命名的散射机制，应用到一个扭转介质上会有令人惊喜的结果，他一定会很高兴！”加拿大多伦多大学电子和计算机工程学院教授钱黎表示。

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（来源：NaturePhotonics）
近日，她和团队首次观察到一个超窄的光谱凹陷。一位审稿人认为，该论文为探索扭曲介质中的布里渊效应开辟了空间，这在很大程度上是一个未被探索的领域。
其应用前景上如下：固体材料中的超窄光谱特征不仅罕见，而且非常有用。一个著名的定律称为克拉默斯-克罗尼关系。在该定律中，只要有一个窄的光谱振幅响应，就有一个相关的光谱相位响应。
后者意味着，材料在光谱凹陷周围的折射率也会发生急剧变化。正因此，超窄光谱特征被用来制造“慢光” ，因为当光的频率在尖锐的光谱特征附近时，光的传播比平时慢得多。
这种慢光还可用于调控光存储、光学存储器等应用。由于光子是量子粒子，可以携带各种量子态，所以慢光现象也有望用于量子存储器。
超窄光谱特性的另一个应用，很明显是在传感方面。而且特征越窄，灵敏度越高。由于这种光谱凹陷对波长和偏振的变化都很敏感，故它能用于感应任何直接或间接引起光的波长、以及光的偏振态发生改变的变化，比如应力、温度、磁场的变化等。
反过来，这种光谱凹陷也可用来稳定波长或偏振态，比如能用它监测波长和偏振所带来的变化，并用它来激活的稳定反馈机制。
此外，亚兆赫兹特性也可作为一种窄光谱滤光器，从而用于微波光子学。在该领域里，光可以携带射频、或微波信号，以便利用光载波的巨大带宽、以及它们在光纤中极低的传输损耗。
然而，由于微波信号的频率比其光学载波要低得多，因此它们也需要更窄的滤波器来进行信号处理。虽然人们能从其光学载波中解调微波信号，并作为电信号进行处理。但在许多情况下，直接在光学域进行处理，会更容易和经济有效。所以，当人们需要光学领域的超窄滤波器时，此次发现可作为一个解决方案。
近日，相关论文以《无谐振器扭转增益介质中的亚兆赫兹光谱凹陷》（Sub-megahertzspectraldipinaresonator-freetwistedgainmedium）为题，发表在NaturePhotonics上[1] 。尼尔·乔克西（NeelChoksi）担任共同通讯兼一作，钱黎担任共同通讯作者。

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（来源：NaturePhotonics）

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观察到超窄的光谱凹陷，宽度小于1兆赫兹
如前所述，该团队此次观察到一个超窄的光谱凹陷，其宽度小于1兆赫兹。
此前，在没有谐振器的固态材料中，学界从未观察到这一现象。而在该工作里，研究人员在实验中使用的红外光的频率，大约是200太赫兹即200万亿赫兹。一个亚兆赫兹的光谱特性，大约是其频率的十亿分之一，可谓非常之窄。而为了在固态材料中获得如此窄的光谱凹陷，通常必须建立一个几乎没有损耗的谐振器，其品质因子数值必须不低于10亿。
因此，这是一项十分艰巨的任务，需要高度专业化的制造设施和工序。有些设备并不是可以现成买到的，但是课题组在不用谐振器、只用常规成品组件的情况下，观察到了这样的光谱凹陷。