利用光学KERR效应进行绝热频率转换。
研究
利用光学KERR效应进行绝热频率转换。
展示了低损耗和可控的频率转换方法。
当你用手指拨动吉他弦时，吉他上会发出某个音调的音符，持续一段时间。如果你在音符还在响起时迅速改变琴弦的张力，会发生什么？你可以想象，随着张力的改变，吉他发出的音符的音高也会改变。从物理上讲，这可以解释为琴弦的自然频率随着张力的变化而变化。
事实上，在微型光学谐振器中也可以实现类似的现象。如果含有光的微光学谐振器的谐振频率被迅速转移，那么谐振器中的光本身的频率也会根据谐振频率的转移而改变。这种现象被称为绝热频率转换。到目前为止，绝热波长转换大多是通过载流子的作用使谐振器（如光子晶体谐振器）的谐振频率移动而实现的。然而，使用载流子有这样的问题：由于载流子的扩散时间有限，时间控制很困难，而且谐振器的损耗随着载流子密度的增加而增加。在这项研究中，通过使用光学克尔效应（一种无损耗和瞬时响应的方法）控制被称为二氧化硅微型光学谐振器的玻璃谐振器的谐振频率，实现了低损耗和高度可控的绝热频率转换。
图1 绝热频率转换的概念图。通过载波，在控制操作后，光的频率仍然被转换，但通过光学克尔效应，频率可以被恢复。
图2显示了实验结果。如果不对谐振频率进行控制，光输出应该平稳地衰减（灰色实线）。然而，如果控制谐振频率（图中的红色区域），输出中只在这段时间出现振荡（蓝色实线）。这是由原始光和谐振器中频率被移位的光之间的干扰效应引起的节拍，节拍频率与频率转换的量相对应。在（a）中，频率转换量随着用于控制谐振频率的光功率的增加而增加，最大达到140MHz。在（b）中，利用光学克尔效应的快速响应来实现两个转换。对多个绝热频率转换的观察是前所未有的。
图2 绝热频率转换的实验结果。(a) 功率依赖性。(b) 多次操作。下图是根据理论估计的频率转换的时间变化。
如图3(b)所示，光学克尔效应的快速响应也允许研究原始光和转换光之间的相位差对输出波形的影响。这一结果与理论有很好的一致性。这个结果与理论有很好的一致性。
图3 相位差对的影响分析。(a) 相位差的功率依赖性。(b) 与实验结果的比较。当相位差接近原始值（π）时（底部），转换操作后的波形与原始波形一致。另一方面，如果相位差与原始值相差甚远（顶部），波形不会恢复到原始波形。
绝热频率转换的优势在于，频率可以顺利转换，原则上效率达到100%。结合这项研究的低损耗特性，它有望在量子信息处理等领域找到应用。这项研究也加深了我们对绝热频率转换的理解。
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