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光辐射压力引起的混沌传递与随机共振现象

  光机械微腔是一种可以在微纳尺度上实现光与机械振动耦合的新型器件,由于与若干重要研究领域(如引力波探测、机械振动的量子化、量子计算与量子通信)直接相关,是当前国际研究的前沿与热点。清华大学自动化系张靖副教授与微电子学研究所刘玉玺教授等研究人员所组成的研究团队,与美国圣路易斯华盛顿大学杨兰教授研究团队、日本理化学研究所研究人员合作,以硅基微型环芯腔系统为主要物理载体,在实验上观测到了光辐射压力引起的混沌这一强非线性效应从强光向弱光的传递及混沌的倍周期分岔过程。这一工作为未来硅芯片上量子非线性光学现象研究、集成量子光器件设计等提供了新思路,也将有望应用于量子信息、保密光通信、精密传感等众多领域。

  研究成员还在光机械微腔中首次实验观测到了混沌引起的随机共振现象。随机共振是指非线性系统对含噪声周期驱动信号的一种特殊响应。通常,当人们将含噪声的信号输入到系统中时,如果信号强度不变,噪声强度提高,那么在系统输出响应中,信噪比会显著降低。而在随机共振系统中,在信号强度不变的情况下,如果增大噪声强度,反而可能导致输出响应中信噪比的提高。这一反直觉的物理现象是由于信号与噪声之间的相干效应引起的。在光机械微腔实验中,研究成员观测到了类似随机共振的反常信噪比提高现象。不同于传统随机共振,这里信噪比的提高是由混沌作为“确定的随机噪声”与周期驱动信号间的相干效应引起的。这一研究成果为光机械微腔中的混沌调控提供了实验依据。

  该项研究成果以长文形式发表于Nature子刊Nature Photonics,并被Nature Photonics选为2016年6月刊的封面论文。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目“量子体系控制理论与实验验证系统”以及国家自然科学基金海外及港澳学者合作研究基金的支持。

Nature Photonics文章链接:

http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2016.73.html

美国圣路易斯华盛顿大学关于文章的新闻报道链接:

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-05/wuis-src050916.php