有關(guān)微腔中的自發(fā)對稱性破缺機(jī)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(jī)制均是自發(fā)對稱性破缺的著名例子。回音壁模式光學(xué)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(shí)針和逆時(shí)針傳播的行波模式;同時(shí),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(qiáng)光和物質(zhì)的相互作用,是研究對稱性物理和非線性光學(xué)的理想平臺。研究團(tuán)隊(duì)利用光學(xué)克爾效應(yīng),使微腔中相向傳播、相等強(qiáng)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(qiáng)可以將這對行波場之間的等效耦合強(qiáng)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(gè)非對稱的狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了光場的自發(fā)對稱性破缺。采用具有相同強(qiáng)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(dāng)輸入光功率很小時(shí),系統(tǒng)狀態(tài)保持原本的對稱性,表現(xiàn)為順時(shí)針和逆時(shí)針行波場的強(qiáng)度相等;隨著輸入光功率的增強(qiáng),由交叉克爾效應(yīng)引起的非線性耦合強(qiáng)度隨之變大,當(dāng)功率達(dá)到一定閾值(百微瓦量級)之后,系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)地進(jìn)入一個(gè)順時(shí)針傾向或逆時(shí)針傾向的狀態(tài),表現(xiàn)為自發(fā)對稱性破缺。實(shí)驗(yàn)上,每個(gè)破缺狀態(tài)中行波強(qiáng)度之比超過了20:1,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與嚴(yán)格理論解析結(jié)果吻合。
北京大學(xué)
2021-04-11