光學微腔可以增強光和物質(zhì)的相互作用，已經(jīng)成為基礎光物理和光子學研究的重要平臺。長期以來，國際上主要通過建立波導模式與微腔高度局域模式的直接相互作用實現(xiàn)有效耦合，需要滿足相位匹配條件。然而，由于波導與微腔存在不同的材料和幾何色散，相位匹配條件僅在較窄范圍內(nèi)滿足，嚴重制約了微腔寬帶光子學應用。

人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室(北京大學)肖云峰研究員和龔旗煌院士領導的課題組提出混沌輔助的光子動量快速轉(zhuǎn)換的新原理，實現(xiàn)了超高品質(zhì)因子光學微腔和納米尺度波導的超寬帶耦合，突破了微納光學器件近場耦合需要相位匹配即動量守恒的限制。該課題組通過精心設計光學微腔的幾何形狀，打破了傳統(tǒng)微腔的旋轉(zhuǎn)對稱性，調(diào)控了局域光場分布，從而在支持分立的超高品質(zhì)回音壁模式的同時獲得了大量準連續(xù)的混沌模式，并通過基于時域有限差分法的三維模擬研究了混沌光子的角動量快速轉(zhuǎn)換及遂穿的瞬態(tài)動力學過程。研究結(jié)果表明混沌輔助的角動量轉(zhuǎn)換新原理可以實現(xiàn)二氧化硅微腔在全透明波段內(nèi)(500-2900納米)回音壁模式的高效耦合。

這一新原理可以擴展到其它光學微腔類型以及其它的電磁波頻段，并可能在集成光電子學、光學網(wǎng)絡、量子信息處理等領域發(fā)揮重要作用。該研究成果于10月20日在國際學術(shù)期刊Science上發(fā)表。

光學微腔可以增強光和物質(zhì)的相互作用，已經(jīng)成為基礎光物理和光子學研究的重要平臺。人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室微腔光學研究取得重要突破，可能在集成光電子學、光學網(wǎng)絡、量子信息處理等領域發(fā)揮重要作用，對后續(xù)工作開展具有重要意義。