体块晶体光力学

布里渊过程通过光力学三波相互作用将光与声耦合。在体块固体中，这种耦合由固有的光弹材料响应介导，产生高频（GHz）声学声子的相干发射。同样的相互作用产生强光学非线性，在几乎所有固体中均超过拉曼或克尔非线性。本文中，我们表明当声子相干长度超过系统尺寸时，布里渊相互作用的强度和特性在低温下会发生根本性改变。在此极限下，固体成为一个相干光力学系统，具有宏观（厘米尺度）声子模式，并拥有大（$60\ \mu \rm{g}$）运动质量。这些声子模式通过将晶体表面塑造成共焦声子谐振器而形成，产生可观的光力学耦合率（${\sim}100$ Hz），从而能够在高（$12$ GHz）载波频率下获得超高$Q$值（$4.2{\times}10^7$）声子模式。单次通过非线性光学磁化率较其室温值提高了四个数量级以上。通过利用体块特性而非纳米结构控制，这种相对简单的方法因其能够在高频和高功率处理下设计光力学耦合而引人注目。与腔光力学相比，我们表明该系统产生了一种独特的色散对称破缺形式，能够在无光学腔的情况下实现选择性声子加热或冷却（即无腔光力学）。推广这些结果，几乎任何透明晶体材料都可以被塑造成光力学系统，作为材料光谱学、激光物理新领域、精密计量学、量子信息处理以及宏观量子相干性研究的基础。