非线性光学诞生至今已60年。非线性光学带来了改变人类生活的激光的同时,更是彻底改变了光学学科。从此,光学开始进入量子力学时代。非线性光学效应对于量子光学至关重要,例如,单光子操控、纠缠光子的生成和相干性,以及研制用于构建CIM的相敏参量放大器和参量振荡器设备等。 在非线性光学和导波光学方面,斯坦福大学教授Martin Fejer做出了卓越的工作,并为现代量子光学器件奠定了基础。1998年,Martin Fejer以“对准相位匹配及其在非线性光学中的应用的开创性贡献”获得美国光学学会(OSA)的RW Wood奖(伍德奖),并在2016年入选美国国家科学院院士。
Martin Fejer(图片来源:网络) Martin Fejer出生于美国芝加哥,1977年毕业于康奈尔大学,获得物理学学士学位,并于 1986 年获得斯坦福大学应用物理学博士学位,同年加入该校应用物理学系成为代理助理教授。2000年,成为斯坦福大学应用物理学教授。目前,Martin Fejer担任斯坦福大学应用物理系的系主任、教授以及自然科学高级副院长。
Martin Fejer教授涉猎的研究领域非常广泛。其主要研究方向是非线性光学和光波导,尤其是对微结构非线性光学材料(例如半导体、铁电体)在电信设备、传感器光学和光学精密测量中用于光信号处理和波长转换用途的研究。此外,航空光学及超短激光脉冲光学也是Martin Fejer教授的研究领域。
目前,Martin Fejer带领的团队所研究的项目涵盖:光信号处理、超快光学、量子光学、纳米光子学、光学材料、引力波检测的精密干涉测量以及低耗散材料表征。其团队最近的重点是研发用于延长操纵单光子的相干性和光谱结构的量子频率转换设备,以及用于高效生成光学宽带频率梳的超快设备等。
在量子光学领域,Martin Fejer及团队所研究的周期性极化铌酸锂(PPLN) 是相干伊辛机(Coherent Ising Machine)中是最重要的光学器件之一。这是因为PPLN是用于近红外(近红外)和可见光谱区域光波长转换的最有效的非线性光学晶体之一,它允许光准相位匹配(QPM),这样频率转换的光在穿过晶体时不会对自身产生破坏性干扰。由于光的非线性导致波长转换尺度与强度强烈相关,在波导格式中使用PPLN大大提高了波长转换的效率。在CIM中,PPLN可用作相敏放大器(PSA),以产生具有固定重复频率的 DOPO 脉冲。
激光干涉引力波天文台(图片来源:网络)
除了量子光学以外,Martin Fejer最为大众所熟知的工作就是他参与了美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的建设工作,并在其中主持开发减少干涉仪位移噪声的技术和反射镜的镀膜涂层技术。LIGO是一个L型的巨型激光干涉仪,L型的每个臂长为4公里,里面抽成超高真空。LIGO的建设耗资数亿美元,每年运行费用数千万,从2002年建成后一直没有探测到引力波。经分析总结之后,认为必须升级提高灵敏度。于是又投入数亿美金,进行升级改造,终于在2016年在人类历史上首次探测到了引力波——爱因斯坦在100年之前预言存在的时空涟漪。那次探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。
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