陈振强科研团队在Light:Science & Applications 发表光场调控重要成果

来源:理工学院 发布时间:2023-09-04

 近日,我校陈振强研究员团队在光学顶级期刊Light:Science & Applications(IF=19.4)上发表了题为Spin-orbit Rabi oscillations in optically synthesized magnetic fields ”的重要研究成果,暨南大学博士研究生刘国华为第一作者,付神贺教授和李真研究员为通讯作者,暨南大学为第一通讯单位。

 陈振强研究员带领的光场调控科研团队揭示了自旋-轨道光学拉比振荡现象,为结构光场多维调控提供新的物理原理。该团队研究无发散结构光场与人工晶体相互作用,在高阶光学体系下构建赝自旋-1/2模型,分别在强、弱耦合条件下实现自旋-轨道拉比振荡。此外,通过外场调控等效磁场,实现拓扑荷可调的角动量光场。研究结果有望在经典和量子光学中找到应用

 拉比振荡是二能级量子波包在外磁场驱动下发生周期性振荡的现象,是物理学中重要的基本物理效应之一,已在诸多领域得到应用,如核磁共振成像。目前,拉比振荡已逐渐扩展到其它物理体系,包括原子分子物理、声学、凝聚态物理、光学等。

 在现有研究工作中,拉比振荡只涉及两种独立的振荡形式:自旋态振荡和轨道态振荡。如何在高阶物理体系实现自旋-轨道耦合的拉比振荡?针对这一基本问题,该光场调控科研团队通过类比量子力学自旋1/2系统(如图1a),利用左、右旋圆偏振涡旋光场构建高阶光学体系的赝自旋1/2系统(如图1b),并导出相应的等效磁场模型。在等效磁场的作用下,高阶赝自旋态(结构光场模式)在两“能级”间发生周期性振荡。研究人员首次在理论和实验上同时展示了自旋-轨道耦合的拉比振荡行为。


 

1 自旋1/2系统:(a)电子自旋构建的二能级系统;(b)高阶光场自旋-轨道模式构建的二能级系统

 

 

2 非共振下的自旋-轨道拉比振荡:(a)不同电压下的两种拉比振荡模式;(b)光场态矢量随电压(等效磁场)的演化轨迹

 

 该研究团队进一步利用外电场调控等效磁场,操控拉比振荡光场的演化行为。如图2所示,在电场的驱动下,实现不同拉比振荡模式的切换,这一现象为光场多维调控提供新的技术原理。

 该研究得到国家自然科学基金项目、广东省重点项目、广州市科技计划项目、珠江人才计划项目等的支持。

 

 论文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-023-01238-8

 

                                                                                

         /图:付神贺

校对:潘琳

                                  责编:杨嘉琳 

初审:杨萱、曾庆慧

终审发布:田金奎、孙玉环