Исследовательская группа устанавливает динамику синтетических измерений для управления светом

Прочитано: 60 раз(а)


В сфере физики синтетические измерения (SD) стали одним из направлений активных исследований, предлагая путь для изучения явлений в пространствах более высоких измерений, за пределами нашего обычного трехмерного геометрического пространства. Эта концепция привлекла значительное внимание, особенно в топологической фотонике, из-за ее потенциала раскрыть богатую физику, недоступную в традиционных измерениях.

Исследователи предложили различные теоретические основы для изучения и реализации SD, стремясь использовать такие явления, как синтетические калибровочные поля, квантовая физика Холла, дискретные солитоны и топологические фазовые переходы в четырех измерениях или выше. Эти предложения могут привести к новому фундаментальному пониманию физики.

Одной из основных задач в обычном трехмерном пространстве является экспериментальная реализация сложных решетчатых структур со специфическими связями. SD предлагают решение, предоставляя более доступную платформу для создания сложных сетей резонаторов с анизотропными, дальнодействующими или диссипативными связями. Эта возможность уже привела к революционной демонстрации неэрмитовой топологической обмотки, симметрии времени четности и других явлений.

Для создания СД можно использовать различные параметры или степени свободы внутри системы, такие как частотные моды, пространственные моды и орбитальные угловые моменты, что перспективно для применения в различных областях — от оптической связи до топологических диэлектрических лазеров.

Ключевой целью в этой области является создание «утопической» сети резонаторов, в которой любая пара мод может быть контролируемо связана. Достижение этой цели требует точного манипулирования режимами в фотонных системах, что открывает возможности для улучшения передачи данных, эффективности сбора энергии и излучения лазерной решетки.

Теперь, как сообщается в Advanced Photonics , международная группа исследователей создала настраиваемые массивы волноводов для определения синтетических модальных размеров. Это усовершенствование позволяет эффективно управлять светом в фотонной системе без необходимости использования сложных дополнительных функций, таких как нелинейность или неэрмитичность.

Профессор Чжиган Чен из Нанкайского университета отмечает: «Возможность регулировать различные режимы освещения внутри системы приближает нас на шаг к созданию «утопических» сетей, в которых все параметры эксперимента полностью контролируются».

В своей работе исследователи модулируют возмущения («частоты покачивания») для распространения, которое соответствует различиям между различными режимами света. Для этого они используют искусственные нейронные сети (ИНС) для проектирования массивов волноводов в реальном пространстве. ИНС обучены создавать волноводные установки, которые имеют именно желаемую структуру режимов. Эти тесты помогают выяснить, как свет распространяется и удерживается внутри массивов.

Наконец, исследователи демонстрируют использование ИНС для создания особого типа структуры фотонной решетки, называемой решеткой Су-Шриффера-Хигера (SSH). Эта решетка имеет особую особенность, позволяющую топологическое управление светом во всей системе. Это позволяет им изменять объемный режим распространения света, демонстрируя уникальные свойства своих синтетических размеров.

Значение этой работы существенно. Путем точной настройки расстояний и частот волноводов исследователи стремятся оптимизировать конструкцию и производство интегрированных фотонных устройств.

Профессор Хрвое Бульян из Загребского университета говорит: «Помимо фотоники, эта работа дает возможность заглянуть в геометрически недоступную физику. Она перспективна для самых разных приложений — от модовой генерации до квантовой оптики и передачи данных».

И Чен, и Бульжан отмечают, что взаимодействие топологической фотоники и фотоники синтетических измерений, обеспечиваемое ИНС, открывает новые возможности для открытий, которые могут привести к созданию беспрецедентных материалов и устройств.

Исследовательская группа устанавливает динамику синтетических измерений для управления светом



Новости партнеров