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▌ARMS 在光-物質強耦合研究中的應用
利用顯微角分辨光譜系統對光-物質強耦合進行色散特性表征
顯微角分辨光譜
光-物質強耦合
色散特性
拉比分裂能
振動耦合
光學微腔
【概述】在過去的30年里，光-物質強耦合的研究取得了顯著的進展，從基礎物理機理研究到器件應用，對光電子學領域產生了深遠的影響。隨著光譜技術的發展，人們對光子動量空間、相干性、光學非線性和拓撲結構等領域有了更深入的科學探索，為新型光子耦合器件發展打下了夯實的基礎。
追溯到19世紀末期，光與物質僅僅被視為相互獨立的個體（圖1），直到20世紀初，量子力學的發展推動了光與物質的探索，科學家們認識到光與物質可能存在相互作用。事實上，光-物質強耦合的基本原理與耦合諧振子類似（圖2），在強耦合狀態下，光子與電子周期性的交換能量并形成整體系統，產生新的能級結構和分離的混合態；與此同時，研究手段也從最初的棱鏡色散型光譜儀發展為角分辨光譜系統，大大促進了人類對光與物質相互作用更深層次的理解。
【樣品 & 測試】圖3a展示了一種能夠發生光-物質強耦合效應的微腔結構，其主要構成是聚乙酸乙烯酯（PVAc）薄層和 Ge 襯底上的兩個對稱 Au 反射鏡。在所構建的微腔內，C=O 鍵在中紅外波段振動躍遷產生共振，形成兩個由拉比分裂分開的混合態。圖3b為全角度入射條件下混合態的顯微角分辨色散圖，該圖清晰展示了混合態的色散特性。此外，從該色散數據中可以獲得拉比分裂能為 20.7meV，這超過了相干性的衰減速率，從而證明了微腔系統中存在強耦合狀態。
圖3，強耦合的微腔示意圖及其混合態顯微角分辨色散圖
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光-物質強耦合產生的混合態色散特性是研究這類問題的關鍵。為了實現對混合態色散特性的精確測量，復享光學自主研發了基于光學傅里葉變換技術的顯微角分辨光譜系統 ARMS，該系統具有以下特點： 精細的角度分辨 ，角分辨率可達< 1.9 mrad @VIS，< 20 mrad @NIR； 超寬光譜探測 ，最寬可達 400~1650nm 的光譜探測； 瞬態光譜采集能力 ，毫秒級實現全角度角分辨光譜檢測；豐富的測量模式，包含反射透射等9 種光譜測量模式。ARMS 可提供全方位的高效顯微角分辨光譜表征，為研究光-物質強耦合效應的本質及設計、優化相關器件提供有力的技術保障。
【總結】光-物質強耦合作為光與物質相互作用產生的一種物理現象，復享光學的顯微角分辨光譜系統 ARMS 為研究人員提供了一個強大的角分辨光譜表征工具，為揭示光-物質強耦合系統的色散特性提供了強有力的技術保障。未來，復享光學的 ARMS 將繼續在微納光子學研究領域發揮關鍵作用，進一步推動光子學技術進步。▌
圖4，復享光學的顯微角分辨光譜系統ARMS及其光路原理圖
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【參考文獻】
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