新技術讓光線“改頭換面”

　　記者從南開大學獲悉，日前，該校物理科學學院金亮副教授與宋智教授合作，利用單向破壞性干涉展現出的獨特非對稱性，首次讓光線行為“改頭換面”，實現了不依賴入射方向的光波傳播以及單向激光發射。相關研究論文發表在新一期物理學期刊《物理評論快報》上。

　　據介紹，光在傳播過程中會透射和反射。光在時間反演不變的系統里傳播，從一個方向入射和透射的光與反方向入射和透射的光相同，這稱為光學互易。為了實現對光線的任意操控，改變光線“面貌”，需要先破壞光的互易性。以往，讓光線“改旗易幟”，通常需借助光學非線性系統或者氧化鏑等磁光介質。構成復雜的非線性系統以及磁光材料的局限性極大地限制了該領域的光學發展。因此，如何不依賴光學非線性系統和磁光介質破壞光學互易性是一個富有挑戰性的物理難題。目前，PT（宇稱—時間）對稱光學開放系統雖可以實現光的非互易反射，還無法實現光的非互易性透射。

　　金亮和宋智在研究中借助單腔邊耦合的諧振腔陣列重新設計了阿哈羅諾夫-玻姆干涉儀，利用合成磁實現了入射光波的單向破壞性干涉。實驗結果顯示，光波從相反方向入射時，出射波相位的對稱被破壞；在邊耦合腔中引入耗散或增益，還可破壞出射波幾率的對稱，光的互易性被徹底破壞。此單向破壞性干涉還具有雙向無反射特性，為光的設計調制及操控改變帶來了極大便利，可方便地應用于光學集成器件，為新型吸收器、整流器、隔離器、調幅器等光操控器件及新型激光器的設計提供了全新思路。

　　這一研究還得到了國家自然科學基金以及天津市自然科學基金的資助。