研究人員開發(fā)了一種新穎的實驗平臺，用于測量被困在兩個鏡子之間的光的電場，精度達(dá)到亞周期級別。這些電光學(xué)法布里-珀羅諧振腔將允許精確控制和觀察光與物質(zhì)的相互作用，特別是在太赫茲（THz）光譜范圍內(nèi)。該研究發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志上。

研究人員來自馬克斯·普朗克學(xué)會弗里茨·哈伯研究所的物理化學(xué)系和亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫中心的輻射物理研究所。通過開發(fā)可調(diào)諧的混合腔設(shè)計，并測量和建模其復(fù)雜的允許模式集，物理學(xué)家可以在感興趣的位置精確地在光波的節(jié)點(diǎn)和最大值之間切換。該研究為探索量子電動力學(xué)和材料性質(zhì)的超快控制開辟了新途徑。

在腔電動力學(xué)領(lǐng)域的重大進(jìn)展中，該團(tuán)隊引入了一種測量腔內(nèi)電場的新方法。通過利用電光學(xué)法布里-珀羅諧振腔，他們實現(xiàn)了亞周期時間尺度的測量，從而能夠深入了解光和物質(zhì)，特別是在它們相互作用的地方。

圖片:搜狗截圖20250213164058.png

電光腔 （EOC） 的實驗原理，在法布里-珀羅腔（金鏡）內(nèi)進(jìn)行非線性相互作用期間，用可見探針脈沖（綠色）測量太赫茲光場（紅色）的多重回波。

腔電動力學(xué)探索了放置在鏡子之間的材料如何與光相互作用，改變它們的性質(zhì)和動態(tài)行為。這項研究集中在太赫茲（THz）光譜范圍內(nèi)，其中低能激發(fā)決定了材料的基本性質(zhì)。能夠在腔內(nèi)測量同時表現(xiàn)為光和物質(zhì)激發(fā)的新狀態(tài)，將提供對這些相互作用的更清晰理解。

研究人員還開發(fā)了一種混合腔設(shè)計，在腔內(nèi)結(jié)合了可調(diào)諧的空氣間隙和分裂檢測晶體。這種新設(shè)計允許精確控制內(nèi)部反射，從而按需產(chǎn)生選擇性干涉圖案。這些觀察結(jié)果得到了數(shù)學(xué)模型的支持，為解碼復(fù)雜的腔色散提供了關(guān)鍵，并加深了對基礎(chǔ)物理的理解。

這項研究為未來研究腔光與物質(zhì)相互作用奠定了基礎(chǔ)，為量子計算、材料科學(xué)等領(lǐng)域提供了潛在應(yīng)用。該研究的第一作者M(jìn)ichael S. Spencer指出：“我們的工作為探索和引導(dǎo)光與物質(zhì)之間的基本相互作用開辟了新的可能性，為未來的科學(xué)發(fā)現(xiàn)提供了獨(dú)特的工具集。”

研究小組負(fù)責(zé)人Sebastian Maehrlein教授總結(jié)道：“我們的電光學(xué)腔提供了高度精確的場分辨視圖，為實驗和理論中的腔量子電動力學(xué)激發(fā)了新的途徑。”

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41377-024-01685-x