我國學者在聲子耦合激光晶體研究方向取得進展

　　在國家自然科學基金項目（批準號：52025021、52422201、92463304）等資助下，山東大學于浩海教授團隊聯合南京大學陳延峰教授團隊在聲子耦合激光晶體領域取得新進展。相關研究成果以“穩態非線性激射中的電子-聲子-光子激發（Electron?phonon?photon excitation in steady nonlinear lasing）”為題，于2025年10月31號在線發表在《自然物理》（Nature Physics）雜志上。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-03079-1。

　　研究電子、聲子和光子的激發態調控和耦合效應是探索晶體材料的新規律、新物性和新應用的關鍵。然而，電子、聲子和光子三者之間的能量或動量尺度存在巨大差異，三者耦合強度極低、耦合時間極短，導致長期未能實現共同耦合的相干激發態以及發現其帶來的新效應和新功能。因此，提高電子、聲子和光子的激發效率和耦合強度，進而實現高效精準的晶格調控，是晶體材料領域極具挑戰性的問題。

　　針對上述挑戰，山東大學/南京大學聯合研究團隊提出了將聲子耦合效應引入到激光產生與頻率轉換過程中，利用相干聲子外差補償動量失配，從而為激光材料晶格調控和功能拓展提供了新思路。團隊構建了激光過程中電子、聲子和光子的多重耦合物理模型，發現了三者共同耦合形成的激發態準粒子并命名為“EPPTON”。團隊設計了范圍超過150 nm的超寬帶倍頻輸出的激光器件，比傳統技術拓寬100倍以上；沿主平面方向實現了2.47%的倍頻激光產生效率，比傳統晶體提高了3個數量級，證明了聲子外差對相位失配的精準補償作用，從而發展出一種新型的聲子外差相位匹配機制。

　　該研究揭示了電子、聲子、光子三者之間強動態耦合作用帶來的新物理效應，并實現了高效率、超寬帶、自適應聲子外差激光，構建的功能集成激光晶體器件有望應用在量子調控、太赫茲光子學和聲子激光等前沿領域。

圖 基于聲子耦合相位匹配的超寬帶倍頻輸出。（a）電子-聲子-光子耦合示意圖；（b）電子-聲子-光子耦合的能量與動量關系；（c）超寬帶聲子外差激光；（d）聲子外差激光效率