非线性波-物质相互作用可能会产生孤子，这种现象具有波传播的内在稳定性和不寻常的光谱特性。孤子已在各种物理系统中产生，并在广泛的应用中发挥重要作用，包括通信、光谱学和计量学 。近年来，微腔中耗散克尔光孤子的实现导致了芯片级平台中频率梳的产生。在腔内，光子可以与机械模式相互作用。腔光机械学已经发现了频率转换的应用，例如微波到光学或射频到光学 ，对于通信和接口在不同频率下运行的量子系统有重大潜在应用。
2021年12月1日，圣路易斯华盛顿大学杨兰（第一作者是张靖，现在清华大学任职）团队在Nature 在线发表题为“Optomechanical dissipative solitons”的研究论文，该研究报告了对光机械微谐振器中光场激发的机械微孤子的观察，将光学谐振器中的孤子产生扩展到不同的光谱窗口。
沿回音壁模式谐振器圆周循环的光场通过光机械耦合触发机械非线性，进而诱导对传播的机械模式的时变周期调制，导致机械波传播中的色散。当机械损耗由声子增益补偿并且光机械非线性由定制的模态色散平衡时，可以实现稳定的局部机械波包——机械孤子。由光驱动的机械微孤子的实现为光机械技术开辟了新的途径，并可能在声学传感、信息处理、能量存储、通信和表面声波技术中找到应用。
近年来，腔光力学引起了广泛关注，为高精度传感、通信和量子信息处理以及基础科学创造了机会，例如机械系统中的宏观量子效应和引力波检测。尽管大多数关于腔光力学的研究都集中在“冷却”状态——腔体由激光驱动，与腔体共振发生红色失谐，从而吸收机械模式中的声子。
但最近对腔体光力学机制的“加热”进行了广泛的研究。在这种情况下，从腔共振中失谐的光子将在进入腔时将声子发射到机械模式中。在这种情况下已经观察到各种现象，例如声子激光，其中通过光泵浦激发相干机械振动 。对于强泵浦，还可以观察到非线性光学效应，如混沌，光孤子等。
最近，光孤子已在克尔光频梳中得到证明和利用，可提供稳健、等距的谱线，非常适合计时和计量。这些发展通过平衡克尔微谐振器中的非线性和色散，获得的克尔非线性或电光相互作用，实现了芯片级频率梳。光学频率梳的声子对应物，即机械频率梳，已在理论上使用Fermi–Pasta–Ulam–Tsingou 链提出，后来在使用非线性三波混合的微机械谐振器中得到了证明。它们的重复频率从几赫兹到几千赫兹不等，比光梳的典型频率小十个数量级，意味着更精细的频率分辨率。
光机械谐振器中声波传播的机理（图源自Nature ）
在这里，该研究探索了光机械谐振器中的非线性机械现象，并报告了对光学回音壁模式 (WGM) 环形微谐振器中机械微孤子的观察。该研究报告了对光机械微谐振器中光场激发的机械微孤子的观察，将光学谐振器中的孤子产生扩展到不同的光谱窗口。
沿回音壁模式谐振器圆周循环的光场通过光机械耦合触发机械非线性，进而诱导对传播的机械模式的时变周期调制，导致机械波传播中的色散。当机械损耗由声子增益补偿并且光机械非线性由定制的模态色散平衡时，可以实现稳定的局部机械波包——机械孤子。由光驱动的机械微孤子的实现为光机械技术开辟了新的途径，并可能在声学传感、信息处理、能量存储、通信和表面声波技术中找到应用。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04012-1
