北京大学物理学院“科技部极端光学创新研究团队”肖云峰研究员和龚旗煌院士领导的课题组利用超高品质因子回音壁模式光学微腔，极大地增强了表面对称性破缺诱导的非线性光学效应，得到的二次谐波转换效率提升了14个数量级。相关研究成果在线发表在《自然•光子学》(Nature Photonics)上，文章题为“Symmetry-breaking-induced nonlinear optics at a microcavity surface”。左图：表面二次谐波效应示意图；右图：光学微腔增强表面非线性效应。 二阶非线性光学效应是现代光学研究与应用中最基本、最重要的非线性光学过程之一，被广泛地用于实现频率转换、光学调制和量子光源等。由于结构反演对称性的限制，常用的硅基光子学材料往往不具备二阶非线性电偶极响应。借助材料的表面或界面，这种反演对称性可以被打破，进而诱导出二阶非线性光学响应。然而，传统的表/界面非线性光学研究存在两个重要挑战：一是非线性转换效率极低，即使在高强度的脉冲光激发下也仅能产生极少量的二阶非线性光子；二是体相电四极响应严重地干扰表面对称性破缺诱导的非线性信号分析。 该项工作中，北京大学课题组利用超高品质因子回音壁光学微腔极大增强光与物质相互作用的优势，在二氧化硅微球腔中获得了高亮度的二次谐波和二次和频信号。为了充分发挥微腔“双增强”效应，研究人员发展了一种动态相位匹配方法，利用光学微腔中热效应和光学克尔效应的相位调制，高效地实现了基波和谐波信号同时与微腔模式共振。实验上获得的二次谐波转换效率达0.049% W-1，相比传统表面非线性光学，该效率增强了14个数量级。左图：实验获得的激发光和二次谐波光谱图；右图：动态相位匹配过程二次谐波功率变化。 研究人员进一步通过对基波偏振和二次谐波模式场分布的测量分析，成功提取得到只有表面对称性破缺诱导的非线性信号，排除了体相电四极响应的干扰。这种表面对称性破缺诱导的非线性信号有望作为一种超高灵敏度的无标记“探针”，用来检测和研究材料表面分子的结构、排布、吸收等物理与化学性质，为表面科学研究与应用提供了一个全新的物理平台；同时，该项研究发展的动态相位匹配机制具有普适性，可进一步推广到不同材料、不同形状的光学谐振腔中，有望在非线性集成光子学中发挥重要作用。 研究论文的共同第一作者是张雪悦和曹启韬同学，现分别在美国加州理工学院应用物理系和北京大学物理学院攻读博士学位，通讯作者为肖云峰研究员。论文合作者包括新加坡国立大学仇成伟教授和王卓博士、清华大学刘玉玺教授、圣路易斯华盛顿大学杨兰教授等。 研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心和极端光学协同创新中心等的支持。

高性能的相干光源是基础光物理研究和集成光子学应用的关键前提之一。近年来，具有超高品质因子的回音壁模式光学微腔已经成为研究各种新型高效光源的重要平台，实验上已经获得了包括宇称-时间反演对称激光、轨道角动量激光和微腔光学频率梳等。然而，回音壁微腔模式存在的固有手征对称性导致腔中激光场通常是等强度相向传输的，严重阻碍了诸多光子学器件应用的发展，例如单向光发射、全光寄存器和非互易光传输等。迄今，要获得具有单向性的回音壁微腔手征激光，通常需要直接打破光学谐振腔的几何手征对称性。这种方法得到的激光方向性是固定的，难以动态调控其出射性质，且对谐振腔的形状设计和工艺制备要求较高。

相关专利提出了一种新型的双腔微导管，用于冠脉介入治疗时辅助导丝到位

随着纳米技术的发展，光学腔的尺寸越来越小，甚至可以达到亚波长尺度或者纳米尺度，同时伴随着非常局域的电场。由于金属的损耗以及低的收集效率，单个表面等离激元纳腔和单个量子发射体的强耦合很少被报道。论文通过精心设计光学模式，将金属纳腔置于金属或者介质纳米线提供的一维的电磁真空背景中，通过一维电磁背景强局域效应，可极大地增强单个量子发射体和金属纳腔的相互作用。理论指出在疏逝的电磁背景下，纳米间隙中的耦合系数可以达到真空中的4.2倍，同时荧光收集效率可提高到47%。此外，这个体系辐射出的光子，还可以通过纳米线的一维倏逝波导入到集成芯片上。

光学频率梳是具有确定梳齿频率间隔的光频标尺，在精密测量中发挥了极为重要的作用。近年来，一种基于光学微腔的新型芯片级光梳取得了突破性进展，其具备体积小、功耗低、精度高等优势，大大拓宽了传统桌面级精密光源的应用场景。目前，这种芯片级光梳已在超快激光雷达、光学频率合成、大容量相干光通信和精密光谱学等方向上展现了巨大潜力，因而对基础研究和产业应用都具有重要意义。然而，单个微腔光梳能够覆盖的光谱范围往往被色散以及收集效率限制，从而阻碍了其在光学原子钟、类地行星探寻、生物成像等重要领域的进一步应用。

自发对称性破缺是指物理系统保持原本的对称性，而其却选择了另一种不具备对称性的状态，它是很多相变过程和非互易系统的基本原理，例如，弱相互作用的宇称不守恒和希格斯机制均是自发对称性破缺的著名例子。回音壁模式光学微腔由于其固有的旋转对称性，可以支持一对简并的沿顺时针和逆时针传播的行波模式；同时，它具有超高的品质因子和很小的模式体积，可以极大地增强光和物质的相互作用，是研究对称性物理和非线性光学的理想平台。研究团队利用光学克尔效应，使微腔中相向传播、相等强度的行波光场之间发生交叉相位调制，从而产生了非线性耦合。因此，通过控制输入光强可以将这对行波场之间的等效耦合强度调制为零，使得系统中原本的对称状态不再稳定，自发地分裂为两个非对称的状态，实现了光场的自发对称性破缺。采用具有相同强度和偏振的双向输入光，来激发芯片上圆形微腔中的超高品质因子回音壁模式。当输入光功率很小时，系统状态保持原本的对称性，表现为顺时针和逆时针行波场的强度相等；随着输入光功率的增强，由交叉克尔效应引起的非线性耦合强度随之变大，当功率达到一定阈值（百微瓦量级）之后，系统会随机地进入一个顺时针倾向或逆时针倾向的状态，表现为自发对称性破缺。实验上，每个破缺状态中行波强度之比超过了20:1，实验数据与严格理论解析结果吻合。

本发明涉及流体撞击腔，本发明的流体撞击腔，包括管体和管体内的 孔道；其中：管体内的孔道是由依次前后连接的进料管、 谐振管、 缓冲管、 分流管、撞击管、射流管、交流管和出料管组成；进料管和出料管分别与 外界相通；谐振管直径大于进料管和缓冲管的直径；缓冲管与撞击管之间 设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成分流管；射流管的直径小 于变流管和出料管的直径。 本发明优点在于：采用进料管、谐振管、缓冲管、分流

二阶非线性光学效应是现代光学研究与应用中最重要的非线性光学过程之一。由于结构反演对称性的限制，常用的硅基光子学材料往往不具备二阶非线性电偶极响应。借助材料的表面或界面，这种反演对称性可以被打破，进而诱导出二阶非线性光学响应。然而，传统的表非线性光学效应转换效率极低，且体相电四极响应严重地干扰表面对称性破缺诱导的非线性信号分析。在本项研究工作中，课题组人员利用超高品质因子回音壁光学微腔在实验上获得了高亮度的二次谐波和二次和频信号。研究人员发展了一种动态相位匹配方法，利用光学微腔中热效应和光学克尔效应的相位调制，高效地实现了基波和谐波信号同时与微腔模式共振，实验上获得的二次谐波转换效率相比传统表面非线性光学增强了14个数量级。研究人员进一步通过对基波偏振和二次谐波模式场分布的测量分析，成功提取得到只有表面对称性破缺诱导的非线性信号，排除了体相电四极响应的干扰。

本发明公开了一种基于注入种子光的光学微腔光频梳产生装置 及产生方法，包括泵浦激光、第一光放大器、第一分束器、光纤环、 光滤波器、合束器和光学微腔；第一放大器的输入端连接泵浦激光， 分束器的输入端连接至第一放大器的输出端；光纤环的一端连接至分 束器的第二输出端，光滤波器的输入端连接至光纤环的另一端，合束 器的第一输入端连接至分束器的第一输出端，合束器的第二输入端连 接至光滤波器的输出端，光学微腔的输入端连接至所述合束器

Ø  成果简介：利用高速旋转的转子产生的高离心力对在高承载环境下使用的器件进行加载试验，采用成熟试验技术方法和检测手段，实现对微小型机械结构件和电子器件、加速度传感器在高承载环境下的高载荷试验和标定。该设备最高加速度实验值：8万g，最高加速度标定值：1万g，实验对象最大回转半径：50mm，加速度实验精度：3%，标定精度：6%，实验对象尺寸：实验件最大尺寸长度≤18mm，实验件三维尺寸处于直径D=18，高度H=15的圆柱体范围里。适合钢、铝及铜质等各种材质加工的，在高承载环境下工作