声子是机械振动的基本或量子化元素。声子激光器作为光学激光器的机械类似物，不仅是声子基础研究的独特工具，也是声学成像和力传感等多种应用的独特工具。声子激光器表现出类似于光子激光器的特性，包括从热振荡运动到相干振荡运动的清晰阈值、线宽变窄和声子自相关的压缩1,2,3。换句话说，所有声子都可以以相同频率的单一激光模式聚焦，以高度一致的方式移动，这与热声子的随机分布形成鲜明对比。
与传统声波相比，声子激光器具有优越的相干性，这使其成为进一步提高测量精度的理想工具。例如，在高精度生物医学传感中，普通声波需要使用脉冲压缩和其他技术来减小超声脉冲的宽度。然而，具有极窄线宽的声子激光器自然可以提供更好的纵向分辨率。已经投入了大量的努力来实现具有离子、微谐振器、膜、半导体晶格和光子晶体的声子激光器。
值得注意的是，在2023年，邝和同事4首次开发了一种通过使用主动悬浮光学机械（LOM）系统实现多色声子激光器的策略。这种悬浮的光机装置在高真空中具有最小的热噪声和机械噪声，允许灵活控制大质量物体，而不依赖于任何内部离散能级结构。此外，有源腔的光学增益补偿了损耗并降低了功率阈值。随后，非线性机械谐波在激光阈值以上自发出现。这种装置能够实现广泛的应用，如量子光子学、多频机械传感器和高精度声频梳。
然而，观测到的谐波的激光强度和品质因数通常都很低，从而严重阻碍了它们的应用。在最近发表在eLight上的工作中，Xiao等人解决了这一关键问题，并通过将电子注入锁定直接应用于有源LOM系统，证明了多色声子激光器的几个关键特征得到了显著改善5。如图1所示，显示系统主要由四部分组成：双光束光镊、SiO2微球、有源腔和电极。工作原理简述如下。首先，用双光束光镊捕获微球。
其次，利用有源腔激发多色声子激光器。最后但最重要的一步是向微球施加可调的交流电场。通过控制电流场的频率，可以很好地锁定声子激光的基模和所有高次谐波，从而大大提高其质量，包括亮度、线宽、频率稳定性和高阶相干性。与Kuang等人的工作相比，基模声子激光器的亮度提高了3个数量级，线宽也缩小了5个数量级。在频率稳定性方面也可以观察到巨大的增强，这导致微物体的捕获寿命更长，即从1.3分钟到1.2小时以上。
此外，机械品质因数达到6.6×106，这是微球声子激光器的最高记录。与之前提高声子激光器质量的方法（如反馈控制3、光学偏振控制6和Floquet工程7）相比，肖等人使用的方法首次成为提高基模声子激光器及其所有高次谐波质量的有力例子。
尽管注入锁定是一种成熟的技术8,9,10，但他们工作中报告的新结果还包括同时锁定基模声子激光和所有高次谐波，声子激光体制中非线性机械谐波的巨大改进，以及锁定对增强声子激光高阶相干性的积极作用的明确证据。总之，这是推动声子激光器走向实用化的里程碑式工作。总之，正如这项推动声子激光器走向实用化的里程碑式工作所证明的那样，注入锁定和有源增益的结合为实现声子激光器的巨大增强提供了一种新颖可行的解决方案。
预计在使用冷离子、振动膜和半导体晶格的其他声子激光系统中也会观察到这种效应1,2,11,12,13。此外，这种混合电LOM系统作为探索相干电声转换、非线性声子和相干声学频率梳开发的新应用的平台，具有相当大的前景。此外，这些进展将为其他有意义的研究提供基本指导，如同步特性、集体多体效应，甚至纠缠或压缩声子激光器。