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高考志愿千万不能犯的10个错 咨询专家

  
近日,美国光学学会旗舰刊物《Optica》正式刊发了光电信息学院/下一代互联网接入系统国家工程实验室与合作者在微纳光纤谐振器及光速控制方面的最新研究成果:Light
velocity control in monolithic microfiber bridged ring resonator,
。我校为第一单位和通讯单位,徐志林博士为第一作者,孙琪真教授为通讯作者。

想象一下,你能听到隔壁房间里的人在窃窃私语,而自己房间里喧闹的派对是窃窃私语者听不见。耶鲁大学研究人员已经找到了一种方法来做到这一点这是一项基本的技术,从手机到引力波探测器,它无处不在。更重要的是,研究人员用同样的方法来控制一个方向的热量流动。这一发现为增强使用声学谐振器电子设备提供了新的可能性。耶鲁大学杰克·哈里斯实验室的这一发现发表在《自然》上。耶鲁大学物理学教授、该研究的首席研究员哈里斯说:

想象一下,你能听到隔壁房间里的人在窃窃私语,而自己房间里喧闹的派对是窃窃私语者听不见。耶鲁大学研究人员已经找到了一种方法来做到这一点这是一项基本的技术,从手机到引力波探测器,它无处不在。更重要的是,研究人员用同样的方法来控制一个方向的热量流动。这一发现为增强使用声学谐振器电子设备提供了新的可能性。耶鲁大学杰克·哈里斯实验室的这一发现发表在《自然》上。耶鲁大学物理学教授、该研究的首席研究员哈里斯说:

2017年6月23日,浙江大学光电学院现代光学仪器国家重点实验室郑晓东研究员参与完成的研究成果“Breaking
Lorentz reciprocity to overcome the time-bandwidth limit in physics and
engineering”(打破洛伦兹互易性以克服物理和工程中的时间带宽极限)在《Science》发表(DOI:10.1126/science.aam6662)。该项研究设计了一种波包进出时间非对称的谐振系统,成功打破了一百多年来限制谐振器设计的“时间带宽极限”。系统非对称的程度越高,超越“极限”的程度也越高。这一研究将对新型器件和系统的发展起到深远作用。著名科学新闻网站PHYS.ORG以“A
100-year-old physics problem has been
solved”为题进行报道,并引发大量关注与讨论。

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  微纳光纤是指直径在数百纳米到几微米范围内的特种光纤,具有强光学束缚、大倏势场、低损耗、高非线性等显著优势。这种波长量级甚至亚波长量级的微尺度波导不仅为科研工作者提供了一个探索光物理学现象的研究平台,也拓展出更为丰富的应用场景。其中,基于微纳光纤的自耦合型谐振器已在全球范围内得到了广泛的关注,其在光纤传感、光纤通信、信号处理等领域具有重大的应用价值。

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据介绍,原在浙江大学国家光学仪器国家重点实验室从事研究工作的沈林放老师(现为南昌大学空间研究院研究员)为文章的共同第一作者,浙江大学郑晓东及南昌大学邓晓华教授为文章共同作者。整个团队由加拿大、中国、美国和瑞士等6所大学的9名科研人员所组成。研究中非对称系统设计所使用的关键体系就是南昌大学和浙江大学合作研究的磁光材料混合谐振腔/波导系统。

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博科园:在这个实验中,我们为声波创造了一条单向路径,具体来说,有两个声学谐振器。存储在第一个谐振器中的声音可以泄漏到第二个谐振器中,但反之亦然。研究团队能够通过一个“调谐旋钮”(实际上是一种激光设置)来实现这一结果。根据声波的方向,调谐旋钮可以减弱或增强声波。然后研究人员将他们的实验提升到一个不同水平。因为热主要是由振动构成,所以把同样的思想应用到热从一个物体到另一个物体的流动上。通过使用单向声音技巧,可以让热量从A点流向B点,或者从B点流向A点,而不管哪个点更冷或更热。

博科园:在这个实验中,我们为声波创造了一条单向路径,具体来说,有两个声学谐振器。存储在第一个谐振器中的声音可以泄漏到第二个谐振器中,但反之亦然。研究团队能够通过一个“调谐旋钮”(实际上是一种激光设置)来实现这一结果。根据声波的方向,调谐旋钮可以减弱或增强声波。然后研究人员将他们的实验提升到一个不同水平。因为热主要是由振动构成,所以把同样的思想应用到热从一个物体到另一个物体的流动上。通过使用单向声音技巧,可以让热量从A点流向B点,或者从B点流向A点,而不管哪个点更冷或更热。

以下是参与这项研究的郑晓东老师为这一进展所做的解读:

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  经典电磁感应透明效应产生于光与多能级原子之间的相干干涉,一直是光学存储器领域的前沿研究课题,在超慢光传输和光存储等量子信息领域具有重要的科学意义和应用潜力。然而其产生所需实验条件非常苛刻,且可用频率只有分立的原子跃迁频率,限制了工作频率带宽。为了解决这一难题,研究者们提出用由硅基光子谐振系统替代原子系统,产生类似于电磁感应透明效应的谐振透明效应。但是硅基光子谐振系统的尺寸匹配要求给制备工艺带来挑战,并难以与现有光纤系统兼容。

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什么是“时间带宽极限”?

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  刘德明教授团队成员孙琪真教授与上海大学牟成博教授、新加坡南洋理工大学Perry
Shum
Ping教授合作,利用微纳光纤设计实现了一种具有谐振透明效应的微纳光纤桥接环形谐振器,它拥有全光纤、多通道、结构紧凑、与其他光纤器件低损耗连接等诸多优越性能。不同于硅基光子谐振系统由两个谐振器组成,MBRR是形状类似字符“θ”的单个谐振器,顺时针和逆时针方向的光可同时存在于谐振腔内,并发生相消干涉,从而在MBRR中产生谐振透明效应。通过调节MBRR的耦合参数,首次从实验中观察到基于全光纤器件的类电磁感应透明现象及演化过程。并利用这一现象探索了MBRR在光速调控方面的应用。理论研究表明,在耦合损耗极低的情况下,利用MBRR可获得高达5ns的光速超前或延迟。实验中通过耦合效率和耦合损耗的调控,实现了光速从超前60ps到延迟160ps的连续调谐,相比于目前已报道的光纤器件光延迟量提高一个数量级,揭示了全光纤微小器件在光速控制和光存储领域中的潜在应用价值。

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1在图像中,一个柔性薄膜作为一个声波谐振器,放置在两个镜子之间。当激光被困在镜子之间时,它会反复穿过薄膜。激光施加力用来控制薄膜的振动。图片:Harris
Lab/Yale University

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1在图像中,一个柔性薄膜作为一个声波谐振器,放置在两个镜子之间。当激光被困在镜子之间时,它会反复穿过薄膜。激光施加力用来控制薄膜的振动。图片:Harris
Lab/Yale University

谐振是光、电、声波、机械等相关领域的共有的现象,谐振器件与系统在现代社会的各行各业得到广泛应用。例如,激光谐振腔,各种波导等。离开谐振,计算机不再计算、手机不能刷屏、电视无法显示图像、收音机无法收音、手表无法定时,支撑社会运行的各类物理和工程系统中都需要用到大量谐振器。长期以来,谐振系统的设计被认为受制于一个基本极限,即:谐振腔等储存能量的时间反比于它的带宽;或者说,存储能力的时间与系统带宽的乘积是固定的,存在一个“时间带宽极限”。

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  该研究工作得到了国家自然科学基金重大项目和面上项目、湖北省自然科学基金优秀青年基金、玛丽居里国际引进学者基金等项目的支持。

这就像把一个冰块放入一杯热水中,冰块变得越来越冷,而周围的水却变得越来越暖。然后,通过改变激光的单一设置,热量以通常的方式流动,当液态水稍微冷却时,冰块逐渐变暖并融化。尽管在实验中,交换热量的不是冰块和水,而是两个声学谐振器。虽然一些最基本的声学谐振器例子可以在乐器甚至汽车排气管中找到,但它们也存在于各种电子产品中。它们被用作传感器、过滤器和传感器,因为它们与广泛的材料、频率和制造过程兼容。该研究的第一作者是前耶鲁大学博士后徐海潭

这就像把一个冰块放入一杯热水中,冰块变得越来越冷,而周围的水却变得越来越暖。然后,通过改变激光的单一设置,热量以通常的方式流动,当液态水稍微冷却时,冰块逐渐变暖并融化。尽管在实验中,交换热量的不是冰块和水,而是两个声学谐振器。虽然一些最基本的声学谐振器例子可以在乐器甚至汽车排气管中找到,但它们也存在于各种电子产品中。它们被用作传感器、过滤器和传感器,因为它们与广泛的材料、频率和制造过程兼容。该研究的第一作者是前耶鲁大学博士后徐海潭