光輻射壓力引起的混沌傳遞與隨機共振現象研究取得新進展

在國家自然科學基金項目（項目編號：61134008，61174084，61328502）資助下，清華大學自動化系張靖副教授與微電子學研究所劉玉璽教授等研究人員所組成的研究團隊，與美國聖路易斯華盛頓大學楊蘭教授研究團隊，日本理化學研究所研究人員合作，在光輻射壓力引起的混沌傳遞與隨機共振現象研究領域取得新進展。該項研究成果以「Optomechanically induced stochastic resonance and chaos transfer between optical fields」（光機械效應誘導的不同光場間的混沌傳輸與隨機共振）為題在線發表於Nature子刊Nature Photonics。論文鏈接： http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n6/abs/nphoton.2016.73.html。

光機械微腔是一種可以在微納尺度上實現光與機械振動耦合的新型器件，可用於許多重要研究領域（如引力波探測、機械振動的量子化、量子計算與量子通信），是當前國際研究的前沿與熱點。清華大學張靖副教授等研究人員以硅基微型環芯腔系統為主要物理載體，在實驗上觀測到了光輻射壓力引起的混沌這一強非線性效應從強光向弱光的傳遞及混沌的倍周期分岔過程。這一工作為未來硅晶元上量子非線性光學現象研究、集成量子光器件設計等提供了新思路，也將有望應用於量子信息，保密光通信，精密感測等眾多領域。

研究成員還在光機械微腔中首次實驗觀測到了混沌引起的隨機共振現象。隨機共振是指非線性系統對含雜訊周期驅動信號的一種特殊響應。通常，當人們將含雜訊的信號輸入到系統中時，如果信號強度不變，雜訊強度提高，那麼在系統輸出響應中，信噪比會顯著降低。而在隨機共振系統中，在信號強度不變的情況下，如果增大雜訊強度，反而可能導致輸出響應中信噪比的提高。這一反直覺的物理現象是由於信號與雜訊之間的相干效應引起的。在光機械微腔實驗中，研究成員觀測到了類似隨機共振的反常信噪比提高現象。不同於傳統隨機共振，這裡信噪比的提高是由混沌作為「確定的隨機雜訊」與周期驅動信號間的相干效應引起的。這一研究成果為光機械微腔中的混沌調控提供了實驗依據。