微谐振器（名词解释⏬）是小型玻璃结构。光可以在其中循环并增强强度。但是由于材料缺陷，一些光会向后反射，这会干扰它们的功能。
为了减少不必要的反向散射（名词解释⏬），英国国家物理实验室的研究人员展示了一种抑制反向散射的新技术。他们发现该技术可以帮助改善基于微谐振器的各种应用，从诸如无人机中用于测量的传感技术，到光纤网络和计算机中的光学信息处理。
光学微谐振器与额外的金属尖端散射体（实拍）
图源：Light: Science & Applications
该研究成果以“Coherent suppression of backscattering in optical microresonators”为题发表在Light: Science & Applications。
视频：研究人员在该视频中详细的介绍了减少反向散射的研究
这项技术的灵感来源于“降噪耳机”：主动降噪耳机的原理是播放异相声音以消除不希望的背景噪声。而对于谐振腔中的光学模式，可以类似的利用异相的光学扰动来抑制反向散射，也就是：引入异相光以抵消反向的反射光。
为了产生异相光，研究人员将尖锐的金属尖端（图1）靠近微谐振器表面放置。与固有缺陷一样，尖端的存在也会导致回音壁谐振腔内光的反向散射。但是，这种扰动与固有散射有一个重要的区别：它可以通过控制尖端的位置来选择反射光的相位。
图1 光学微谐振器与额外的金属尖端散射体（细节展示）
图源：Light: Science & Applications
通过引入这个额外的散射体，可以减少总的反向散射。与固有的反向散射相比，破纪录的减少了30多分贝，换句话说，该方法将反向散射减少到千分之一的水平。
其实验原理是 ：谐振腔的材料、形状等因素会产生固有的反向散射（图2左），实验中人为引入角度可控的散射体来抑制固有散射体产生的影响（图2右）。
图源：Light: Science & Applications
这种方法可以完全控制微谐振腔中有效反向散射的幅度和相位，在本实验中，研究人员实现了将其减小为低于可分辨频率分裂水平的数量级。
该方法依赖于人为散射体的位置，以使固有的和散射体诱导的反向传播场产生相消干涉。这项技术在微谐振器应用中很有潜力，包括：基于对称破缺（symmetry breaking）的传感或非互易（non-reciprocal）系统，以及光机械学应用、激光陀螺仪和双频梳等。
此外，在集成光子电路中，反向散射可能会对激光源或其他组件的稳定性产生负面影响，这项技术可以优化光纤网络中的光学信息处理和光学计算。
文章信息
Svela, A.Ø., Silver, J.M., Del Bino, L. et al. Coherent suppression of backscattering in optical microresonators. Light Sci Appl 9, 204 (2020).
文章地址
https://doi.org/10.1038/s41377-020-00440-2
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