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期刊文章浏览系列之Physical Review Letters，搜集国人重点工作，聚焦PRL选手研究领域，供初入物理科研的老师同学了解前沿动态，找到自己科研的那道光。
栏目介绍
Physical Review Letters Vol. 132, Iss. 16
（如果需要上述全部文章链接，请在公众号里发送PRL132.16给我们）
微腔光频梳-董春华团队
本期PRL选手是中国科学技术大学的董春华，他本科和博士阶段都在中科大，博士毕业后相继在美国圣路易斯华盛顿大学和俄勒冈大学做访问学者和博士后，2013年回到中科大加入郭光灿院士团队，现任中科大光学与光学工程系研究员、博导。他的研究覆盖微腔光学，腔光力学，微腔光频梳，微纳光学，量子信息等领域，尤其是一直从事回音壁模式微腔的理论及实验研究，在腔光力学、高品质因子微腔、微纳光学器件上多次取得重要突破。他的代表性工作有：在国际上首次利用双光学模式与腔机械振子的相互耦合，实现了光机械暗态，完成了任意波长光子的相互转换；实验上提出在介质微腔表面覆盖聚合物薄膜，实现了对微腔的有效调制，提高光与物质的相互作用；首次利用光纤锥波导实现了与银纳米线的有效耦合，为建立基于表面等离子体的光学元件提供有效可行的方法。董春华迄今为止已经在国内外重要学术刊物上（包括Science, Nature Photonics, Nature Comm., Optica, Phys. Rev. Lett., LPR, OL, OE, Phys. Rev. A等）发表论文相关学术论文150余篇，其中包括PRL11篇，论文总引用4300余次，h因子34，多次参加国际学术会议并做邀请报告。他的研究成果入选2016 中国光学重要成果以及美国光学学会组织评选的2016 年全球光学重要进展“Optics in 2016”，他个人还荣获了中国科学院优秀博士生导师，担任了国际学术刊物《Photonics Research》编委，主持了科技部重点研发计划课题、基金委优秀青年项目、重点项目等科研项目。
董春华的关键词之一是微腔光频梳。光学频率梳（简称光频梳）是由一系列在频率空间等间隔排列的光学信号组成，等间距的频率分布就像梳子的形状，因此得名。它一般是由锁模激光器产生，每个梳齿代表了单一频率振动的激光纵模，它们在空间中互相重叠且相位同步，产生所谓的“拍频”现象，即光脉冲。可以把光频梳理解为连续波激光被低频波调制后的结果，低频的调制信号呈现为梳齿的间隔频率。光频梳使得光频的精密测量成为可能，只需利用光谱仪粗测激光频率，再将待测激光与光频梳一起耦合到光电探测器上探测待测激光与最邻近梳齿的拍频，即可推算出待测激光的精确频率。此时梳齿就好比刻度尺上的刻度，只是测量的对象是光的频率。自20世纪末以来，频率梳技术的发展和其广泛应用已经彻底改变了物理学的许多领域。光学频率梳在光频与射频之间架起了桥梁，使得两者可以进行直接的相互传递。基于此，光梳的应用领域从发明初期的激光精密光谱测量，已覆盖到光学原子钟、量子计算、原子分子吸收光谱、高精度测距、超低噪声微波源的产生、高带宽光通信、甚长基线干涉、新一代导航和定位系统、天文光谱仪的校准、基本物理常数的精确测定、暗物质探测等前沿科学研究中。
光频梳的原理示意图（图片来自网络）
具备高梳齿密度的微腔克尔频率梳尺寸通常在毫米量级，实现具有更小尺寸、更小重量和更低功耗的可集成低重复频率光频梳仍然是很大的挑战。董春华团队在光学微腔方面有着深厚的积淀，他们基于硅光声晶体，利用光力相互作用等多种非线性效应，提出了腔光力学频率梳的解决方案。该光频梳的重复频率依赖于机械振动频率，可以在超小尺寸（约600 nm * 15 um）的器件中实现低重复频率。为了提高频梳宽度与梳齿密度，不同频率的声子激光需要在系统中被同时激发。为此，团队制备了高品质的光力晶体微腔，提出并实现了无外部调制的多模声子激光，为腔光力系统中光力频率梳的研究奠定了基础。团队将自脉冲引入到系统中，演示了自脉冲与弯曲机械模式相互作用下的一系列动态演化，如分数锁频、声子激光状态切换、以及自脉冲充当模间准弗洛凯调制的准三模声子激光状态。他们展示了具有超过260根梳齿、重复频率低至30MHz的频率梳，并且，该频率梳可以通过自脉冲效应调控到不同的工作状态。该工作证明了在腔光力学频率梳的产生和调控中利用多种非线性效应的有效性，为传感、定时和计量等应用提供了一种新型的腔光力学频率梳。
光力微腔示意图（图片来自网络）
上述工作的光学微腔中是光子和声子的耦合，在此前的一项做工作，为了实现可调谐的微波-光波转换，团队还引入了磁振子。他们开发了一种由光力微腔和磁振子微腔组成的混合系统，系统中可以通过磁致伸缩效应对声子进行电学操控，也可以通过光辐射压力对声子进行光学操控，而且不同微腔内的声子可以通过微腔的直接接触实现相干耦合。由于磁振子微腔中的磁振子具有良好的可调谐特性，团队基于高品质光学模式对机械状态进行了灵敏测量，实现了调谐范围高达3GHz的微波-光学转换，转换效率远高于以往的磁光单一系统。该磁光力系统提供了一种有效进行操控光、声、电、磁的混合实验平台，有望在构建混合量子网络中发挥重要作用。
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