科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)微共振腔內(nèi)的光能縱向振動(dòng)

        近日消息，課本里的知識(shí)告訴我們，平面光波的振動(dòng)（即偏振）方向一直是橫向的，也就是說，與其傳播方向垂直。但奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家們?cè)谧钚碌脑?mdash;物理實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在瓶子那樣的微共振腔內(nèi)的光擁有一種獨(dú)特屬性，其振動(dòng)方向是縱向的。最新研究成果有助于科學(xué)家們開發(fā)新的超敏傳感器和量子力學(xué)路由器等新式設(shè)備。

　　在一個(gè)瓶子微共振腔內(nèi)，當(dāng)激光不沿光纖行進(jìn)而是圍繞光纖呈螺旋狀行進(jìn)時(shí)，能被耦合成一種光學(xué)玻璃纖維。光在瓶子微共振腔內(nèi)可被存儲(chǔ)約10納秒，相當(dāng)于圍繞光纖旋轉(zhuǎn)3萬圈所耗費(fèi)的時(shí)間，這足以讓光和被帶到光纖表面附近的單個(gè)原子之間相互作用。但維也納技術(shù)大學(xué)科學(xué)家在最新實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種情況下，光和物質(zhì)的耦合程度比以前認(rèn)為的要強(qiáng)。他們對(duì)這一令人吃驚的答案的解釋是，在這樣的微共振腔內(nèi)，光擁有一種獨(dú)特的屬性：縱向振動(dòng)。

　　科學(xué)家們解釋說，光波的振動(dòng)方向?qū)獠ǖ男袨橹陵P(guān)重要。在瓶子微共振腔內(nèi)，光波能在光纖周圍順時(shí)針行進(jìn)，也能逆時(shí)針行進(jìn)。如果這兩種逆向行進(jìn)的光波的偏振方向是橫向的，它們將在某個(gè)地點(diǎn)互相增強(qiáng)，而在其他地方互相抵消。維也納技術(shù)大學(xué)量子科學(xué)中心、原子和亞原子物理研究所的阿諾·勞斯徹布特勒教授說：“正是這種破壞性的干涉限制了光波和玻璃纖維周圍的原子之間的耦合強(qiáng)度。”

　　但如果這兩束光波縱向振動(dòng)，那么它們的振動(dòng)狀態(tài)必然會(huì)不同。其結(jié)果是，通過破壞性的干涉來讓逆向傳播的光束完全相互抵消不再可能，因而光—物質(zhì)之間的耦合強(qiáng)度更強(qiáng)。勞斯徹布特勒說：“起初我們真的很震驚，以前我們都知道光能縱向振動(dòng)，但直到現(xiàn)在，還沒有人描述這種振動(dòng)在微共振腔內(nèi)的光—物質(zhì)相互作用中的重要性。”

                                                         

        研究人員表示，最新研究讓他們可以據(jù)此研制出超靈敏的傳感器，這種傳感器能用光探測(cè)單個(gè)原子。而且瓶子微共振腔也搖身一變，成為研究光—物質(zhì)相互作用基本屬性的理想工具?？茖W(xué)家們下一步計(jì)劃制造出一種由單個(gè)原子控制的光路由器，其能打開和關(guān)閉兩個(gè)輸出端之間的光。未來這樣的一種量子力學(xué)路由器有望讓光纖網(wǎng)絡(luò)中的量子計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。（記者劉霞）

　　總編輯圈點(diǎn)

　　富蘭克林用萊頓瓶把閃電裝在瓶子里。裝一束光在瓶子里行不行？奧地利科學(xué)家做到了。他們發(fā)現(xiàn)，圍繞頭發(fā)一樣細(xì)的玻璃絲，光可以旋轉(zhuǎn)而不逃逸。從玻璃纖維的截面來看，光在大尺度上走圓圈，在小尺度上回繞。奔馳不羈的光，變成了繞指柔。不要說瓶子，吸管里也盛得下。搭建未來的光量子機(jī)器，離不開這類“馴光”的基礎(chǔ)技巧。