(左图)在没有混沌的情况下，无法将光子耦合到一个光模中。(右图)在混沌的情况下，光子可以高效地传递到光模式中。援引：封尹和黄学军

　　集成光子回路传递信息依靠的是光而不是电，这将会推动通信，传感和数据处理的改革。但控制和传递光还面临着严峻的挑战。一个主要的障碍是光在集成回路的不同元件中传播时在不同阶段速度不同。将光耦合到光学元件中时，它需要以相同的动量传播。

　　目前，哈佛大学约翰?保尔森工程与应用科学学院的研究团队包括正与北京大学合作，展示出了一种控制宽频光动量的新方式，它可以用于广泛使用的光学元件回音壁模微腔中。

　　位于圣路易斯的华盛顿大学、加州理工学院和马格德堡大学的研究人员共同完成了这篇文章，并将其发表在《科学》杂志上。

　　Marko Loncar实验室的研究生邵林波表示：“微腔中的宽频光学混沌正在创造出一种能够获取多种光学状态的工具。” 他和工程与应用科学学院(SEAS)电气工程教授Tiantsai Lin是这篇文章的共同第一作者。“以前，研究人员需要多个特殊的光学元件来耦合光，并使不同波长的光进出回音壁模微腔(WGM)，但是通过这项工作，我们可以将所有颜色的光与单个光耦合器耦合。”

　　WGM是一种具有从光纤的远程传输到量子计算等多种用途的光学微谐振腔。WGM的名字来源于伦敦圣保罗大教堂的回音壁，在这里声波(耳语)从一个空腔(穹顶)一侧的说话者传播给另一侧的听众。中国天坛的回声墙和纽约中央车站的回音拱门也有类似的现象。

　　光学回音壁的工作方式大致相同。即光波陷在一个环绕腔内的轨道中，它是一个比一根头发更细的封闭圆形空间。像回音壁一样，空腔会捕获并传输光波。然而，由于光波以不同的速度传播，因此在光子回路的回音壁中难以将波导耦合到光场中。

　　将WGM视为高速公路的环状交叉路口，光场视作UPS卡车。现在，想象一下，当两个货车都以不同的速度移动时，试图在两个卡车之间转移包裹。不可能，对吧?

　　为了在没有打破牛顿动量守恒定律的前提下解决动量的这种差异——该研究团队制造了一些混沌。通过改变光学谐振腔的形状，研究人员能够创建并利用所谓的混沌通道，打破光的角动量守恒使其随时间的变化而改变。通过改变谐振腔的形状，可以调整动量的大小; 谐振腔还可以使波导和WGM之间的动量相匹配。重要的是，耦合是宽频带的，并且发生在两个光学状态之间，不然则不耦合。

　　该研究为光量子处理、光学存储等领域的微腔光学和光子学提供了新的应用。

　　并没有参与这项研究的泰德和姜詹金斯信息科学与技术、加州理工学院应用物理学教授Kerry Vahala说：“这项工作阐述了一种截然不同的方法去探索一种重要类型的微谐振器，同时也揭示了与光学混沌主题相关的美丽物理学。”

　　接下来，该团队将探索其他光学平台以及其他材料中关于光学混沌的物理学性质，其中包括光子晶体和金刚石。

　　来源： 中国激光网

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