中国科大利用磁力系统实现磁振子频率梳

郭光灿院士团队在磁力系统研究方面取得新进展。该团队的董春华教授研究组通过磁振子与声子相互作用，在磁力系统中实现了磁振子频率梳。该研究成果于2023年12月11日发表在国际学术期刊《PhysicalReviewLetters》。

光学频率梳，即频率域上具有均匀间隔的相干光谱，最初用于时间和频率测量。近二十年来，光学频率梳在天文学与宇宙学、光学原子钟、激光雷达(LiDAR ) 、低噪声微波源、相干光通信、量子密钥分发、双光梳光谱学等领域上展现出了广阔的应用前景。此外，其他物理系统中的频率梳也得到了广泛的研究，例如微波系统和声子系统。然而，实现可应用于高精度磁频计量的磁振子频率梳目前仍面临挑战。


图1：a.磁振子与声子之间的耦合示意图；b-c.通过级联的磁力学相互作用，形成磁振子频率梳，频率间隔是机械频率ωb。

针对这一难题，研究团队通过磁-力学相互作用在具有机械模式的谐振腔中实验产生了一个磁振子频率梳。此动力学过程由一个处于蓝失谐的外部强泵浦诱导产生，该泵浦使磁致伸缩效应导致的磁力学非线性相互作用显著增强。当泵浦功率足够强时，磁力非线性作用显著，在磁力系统中可以观察到类似克尔频率梳效应的级联四波混频，从而产生一个多达20根梳齿线的磁振子频率梳，频率间隔为10.08MHz，等于机械模式的谐振频率。此外，研究团队通过外部注入锁定的方式实现了对磁子频率梳梳齿频率间隔的调谐以及稳定。该工作不仅推进了磁振子系统的非线性物理研究，还解锁了磁振子频率梳用于传感和计量的潜力。


图2：a.磁振子频率梳随泵浦功率增加的演变；b-c.a图中不同演化阶段磁振子频率梳的实验与模拟光谱。

徐冠庭、张劢为该论文的共同第一作者，沈镇、董春华为该论文的通讯作者。上述研究得到了科技部重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委等单位的支持。

附论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.243601