有關(guān)微腔中的自發(fā)對稱性破缺機制的研究
自發(fā)對稱性破缺是指物理系統(tǒng)保持原本的對稱性,而其卻選擇了另一種不具備對稱性的狀態(tài),它是很多相變過程和非互易系統(tǒng)的基本原理,例如,弱相互作用的宇稱不守恒和希格斯機制均是自發(fā)對稱性破缺的著名例子。回音壁模式光學微腔由于其固有的旋轉(zhuǎn)對稱性,可以支持一對簡并的沿順時針和逆時針傳播的行波模式;同時,它具有超高的品質(zhì)因子和很小的模式體積,可以極大地增強光和物質(zhì)的相互作用,是研究對稱性物理和非線性光學的理想平臺。研究團隊利用光學克爾效應,使微腔中相向傳播、相等強度的行波光場之間發(fā)生交叉相位調(diào)制,從而產(chǎn)生了非線性耦合。因此,通過控制輸入光強可以將這對行波場之間的等效耦合強度調(diào)制為零,使得系統(tǒng)中原本的對稱狀態(tài)不再穩(wěn)定,自發(fā)地分裂為兩個非對稱的狀態(tài),實現(xiàn)了光場的自發(fā)對稱性破缺。采用具有相同強度和偏振的雙向輸入光,來激發(fā)芯片上圓形微腔中的超高品質(zhì)因子回音壁模式。當輸入光功率很小時,系統(tǒng)狀態(tài)保持原本的對稱性,表現(xiàn)為順時針和逆時針行波場的強度相等;隨著輸入光功率的增強,由交叉克爾效應引起的非線性耦合強度隨之變大,當功率達到一定閾值(百微瓦量級)之后,系統(tǒng)會隨機地進入一個順時針傾向或逆時針傾向的狀態(tài),表現(xiàn)為自發(fā)對稱性破缺。實驗上,每個破缺狀態(tài)中行波強度之比超過了20:1,實驗數(shù)據(jù)與嚴格理論解析結(jié)果吻合。
北京大學
2021-04-11