(左）激光（红色）通过锥形光纤耦合到光学微球谐振器的 3D 效果图。随着光在谐振器内循环数千次，光功率可以在谐振器内形成。(右图）实验中使用的 280 微米直径谐振器的光学显微镜图像。

利用单光子探测器进行的实验揭示了通过与高频声波相互作用而产生的光的惊人统计数据。

当光线在玻璃等材料中传播时，光线的电场会将材料中的原子拉向高密度和低密度区域，从而产生声波。这种现象被称为布里渊-曼德尔施塔姆散射，是研究得最多的光学非线性形式之一，并在传感、信息处理和显微镜等激光技术领域实现了广泛的新应用。

布里渊-曼德尔施塔姆散射具有进一步应用的巨大潜力，包括为基于声场的新型量子科学与技术带来令人兴奋的机遇。

来自伦敦帝国理工学院、牛津大学和尼尔斯-玻尔研究所的研究人员利用激光在微尺度玻璃球表面下传播，对这一现象进行了实验研究。随着光线的循环，它与同样在微球内部传播的高频声波发生了布里渊-曼德尔斯塔姆散射，并产生了一种新的光色，这种光色以相反的方向从微球中流出。

然后，通过使用单光子计数器仔细测量这种新颜色光的统计特性，研究小组观察到了所产生的光变成激光时的预期行为，同时还发现了在激光阈值以下的意想不到的 "超热统计"。这项研究的方法和获得的结果为进一步研究开辟了一条丰富的新途径。

研究小组的实验细节发表在《光学》（Optica）杂志上。

实验的核心部分是一个二氧化硅光学微球谐振器，见下图。光线通过比头发丝细一百倍的锥形玻璃纤维进入谐振器。光进入球形谐振器后，会以 "耳语画廊模式 "循环。"耳语画廊模式 "得名于十九世纪在圣保罗大教堂观察到的一种类似的声音效应，耳语沿着穹顶的弧形墙壁传播，在另一侧也能听到。

通过控制在谐振器内形成的输入光功率，研究小组在散射光变成激光的阈值处进行了实验，并利用单光子探测技术测量了整个区域的 "二阶相干性"。

"该项目第一作者之一、博士生埃文-克莱尔-詹金斯（Evan Cryer-Jenkins）说："看到这种行为，我感到非常兴奋。随后，我们将实验、分析计算和数值模拟结合起来，更深入地了解了布里渊-曼德尔施塔姆激光阈值的物理学原理，这非常令人着迷"。

"伦敦帝国学院量子测量实验室的项目首席研究员迈克尔-R-范纳（Michael R. Vanner）说："这个项目是我们团队在这一方向研究的重要垫脚石，并带来了一些令人惊讶的结果，这些结果将在我们实验室内外产生多方面的影响。

 

参考资料

E. A. Cryer-Jenkins et al, Second-order coherence across the Brillouin lasing threshold, Optica (2023). DOI: 10.1364/OPTICA.501089

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