記者從南開大學(xué)獲悉，日前，該校物理科學(xué)學(xué)院金亮副教授與宋智教授合作，利用單向破壞性干涉展現(xiàn)出的獨(dú)特非對(duì)稱性，首次讓光線行為“改頭換面”，實(shí)現(xiàn)了不依賴入射方向的光波傳播以及單向激光發(fā)射。相關(guān)研究論文發(fā)表在新一期物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

據(jù)介紹，光在傳播過(guò)程中會(huì)透射和反射。光在時(shí)間反演不變的系統(tǒng)里傳播，從一個(gè)方向入射和透射的光與反方向入射和透射的光相同，這稱為光學(xué)互易。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的任意操控，改變光線“面貌”，需要先破壞光的互易性。以往，讓光線“改旗易幟”，通常需借助光學(xué)非線性系統(tǒng)或者氧化鏑等磁光介質(zhì)。構(gòu)成復(fù)雜的非線性系統(tǒng)以及磁光材料的局限性極大地限制了該領(lǐng)域的光學(xué)發(fā)展。因此，如何不依賴光學(xué)非線性系統(tǒng)和磁光介質(zhì)破壞光學(xué)互易性是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的物理難題。目前，PT（宇稱—時(shí)間）對(duì)稱光學(xué)開放系統(tǒng)雖可以實(shí)現(xiàn)光的非互易反射，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)光的非互易性透射。

金亮和宋智在研究中借助單腔邊耦合的諧振腔陣列重新設(shè)計(jì)了阿哈羅諾夫－玻姆干涉儀，利用合成磁實(shí)現(xiàn)了入射光波的單向破壞性干涉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，光波從相反方向入射時(shí)，出射波相位的對(duì)稱被破壞；在邊耦合腔中引入耗散或增益，還可破壞出射波幾率的對(duì)稱，光的互易性被徹底破壞。此單向破壞性干涉還具有雙向無(wú)反射特性，為光的設(shè)計(jì)調(diào)制及操控改變帶來(lái)了極大便利，可方便地應(yīng)用于光學(xué)集成器件，為新型吸收器、整流器、隔離器、調(diào)幅器等光操控器件及新型激光器的設(shè)計(jì)提供了全新思路。

這一研究還得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及天津市自然科學(xué)基金的資助。