通过操控二能级系统实现光纤中长寿命导引声子

在各种材料和器件几何结构中合成超长寿命的声学声子，有望实现一系列新的相干信息处理和传感技术；然而多种形式的声子耗散构成了实现这一目标的障碍。我们利用将光子和声子紧密限制在光纤纤芯内的光纤结构，探索了低温下二氧化硅中声子耗散的线性和非线性贡献。当浸入氦气中时，该光纤系统支持 9 GHz 声学声子的近乎完美导引；强烈的电致伸缩介导的光子 - 声子耦合（或导波受激布里渊散射）允许一种灵活的基于激光的声子谱学方法。通过线性和非线性声子谱学，我们分离出无序诱导的二能级隧穿态作为该系统中声子耗散源的影响。我们表明，此类二能级隧穿态的系综可被驱动至透明态，从而在宽频率范围内几乎消除这一声子耗散源。关于声子自频率饱和的实验研究与理论模型显示出极好的一致性，该理论模型考虑了声子与二能级隧穿态系综的耦合。扩展这些结果，我们展示了一种通过交叉饱和抑制由二能级隧穿态产生的耗散的通用方法，其中某一频率声子的寿命可通过另一频率高强度声束的存在而延长。尽管这些研究是在二氧化硅中进行的，但我们的发现具有相当普遍的适用性，可应用于一系列材料系统和器件几何结构。