PT-symmetric and antisymmetric nonlinear states in a split potential box
我们介绍了一个一维PT对称系统,其中包括立方自聚焦,一个双阱势的形式的无限深的潜在的盒子分裂在中间的有效高度为1/2的三角函数的障碍,和恒定的线性增益和损失,伽玛,在每个半盒。该设置可以在微波光子学中实现。利用数值方法,我们构造了PT对称和反对称模式,分别代表系统的基态和第一激发态,并确定了它们的稳定性。当它们不稳定时,不稳定性导致爆破,除了当λ = 0时,当不稳定的对称模转变为弱振荡呼吸子,不稳定的反对称模松弛为稳定的对称模。当λ> 0时,PT反对称态的稳定区域比对称态大得多。稳定区域随着总功率P的增加而缩小。在对应于P -> 0的线性极限中,以解析形式找到稳定边界。反对称态的稳定区域最初随γ的增大而扩大,然后在γ的临界值处消失。
2018-03-30 nlin.PS physics.optics
Continuous coherent perfect absorption and lasing at an exceptional point of anti-parity-time symmetric photonic structures
本研究提出通用参数空间,揭示反宇称-时间对称光子结构在奇异点处可实现连续相干完美吸收与激光,并通过异质结构验证。
2025-04-24 physics.optics
Bragg-induced power oscillations in PT symmetric periodic photonic structures
我们研究布拉格引起的功率振荡之间的一对光学谐振横模传播通过一个周期性的PT对称晶格的傅立叶空间,表示的折射率,包括增益和损耗在一个平衡的方式。我们的结果意味着,PT对称系统表现出异常丰富的现象,缺乏在其厄米对应。它表明,谐振模式具有独特的特性,如布拉格功率振荡控制通过PT对称性,严重的不对称模式动力学,和捕获增强传输。我们还对高斯光束在(1+1)和(2+1)维的传输进行了数值模拟,并与二波模型下的解析计算进行了比较。
2017-11-04 physics.optics
Stability of solitons in PT-symmetric couplers
在考虑Kerr非线性和PT平衡增益和损耗的情况下,得到了对称和反对称孤子的解析解。关键问题是孤子的稳定性。对于PT对称孤子,得到了一个解析形式的稳定区域,并通过模拟进行了验证。对于反对称的,稳定性边界的数值形式。两种类型的运动孤子弹性碰撞。在“超对称”情况下,两种孤子合二为一,增益、损耗和芯间耦合系数相等。这些孤子具有亚指数不稳定性,这可以通过周期性切换(“管理”)来抑制。
2011-09-27 nlin.PS physics.optics
Controlling photonic spin Hall effect via exceptional points
光子自旋霍尔效应(SHE)的特点是入射光束在其偏振旋向性的驱动下发生自旋相关的横向位移,具有许多应用,包括精密计量和基于自旋的纳米光子器件。控制和增强光子SHE是高度期望的。然而,由于光的弱自旋-轨道相互作用,特别是对于具有光学损耗的系统,这样的目标仍然难以捉摸。在这里,我们揭示了一种灵活的方式来调制光子SHE通过特殊的点,通过利用在奇偶时间(PT)对称系统的平衡增益和损耗的横向位移。其物理机制与反射系数在异常点处的近零值和突变相位有关。我们发现,横向位移是在例外点为零,但它在很大程度上增强在其附近。此外,横向移动切换其符号跨越例外点,导致自发PT对称性破缺。由于异常点处横向位移的敏感性,我们的工作还表明,光子SHE可以实现一种精确的方法来探测光子系统中的异常点的位置。
2019-07-10 physics.optics
Theory and Application of Cavity Solitons in Photonic Devices
本文综述了腔孤子的理论、性质与广泛应用,涵盖光学信息处理及频率梳在通信、计量和量子技术中的关键作用。
2025-09-07 physics.optics
Omnidirectional wave impedance matching and Goos-Hanchen shifts in non-Hermitian balanced positive-negative index metamaterials
National Dong Hwa University(东华大学);University of Illinois at Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校)
研究非厄米反宇称-时间(APT)光子学中由平衡正折射率材料(PIM)和负折射率材料(NIM)构成的波反射,发现全向波阻抗匹配(WIM)可在无极化依赖下实现,而反射谷伴随相位跳变导致显著古斯-汉欣(GH)位移。
2026-05-27 physics.optics
Anomalous transient amplification of waves in non-normal photonic media
耗散是自然界中遇到的动力系统中普遍存在的现象,因为没有有限系统与其环境完全隔离。在光学系统中,任何技术应用所面临的关键挑战传统上都是减轻光学损耗。最近的工作表明,一类由精确平衡的损耗和增益分布组成的新型光学材料可以用于设计用于传播和过滤电磁辐射的新功能。在这里,我们显示了一个通用的属性的光学系统,具有不平衡的分布的损失和增益,所描述的非正常运营商,即一个整体的有损光学系统可以瞬时放大某些输入信号的几个数量级。我们提出了一个数学框架来分析波在介质中传播的动力学与任意分布的损耗和增益,并构建工程师这样的非正常功率放大器的初始条件。我们的研究结果指出了一个新的设计空间的工程光学系统中采用的光子学和量子光学。
2014-10-17 physics.optics
Dynamics of higher-order solitons in regular and PT-symmetric nonlinear couplers
在非线性双芯耦合器及其PT对称模型下,研究了对称和反对称2-孤子和3-孤子的动力学行为。在PT对称系统中,当平衡增益和平衡损耗作用于两个核时,确定了系统的稳定性边界,得到了注入扰动对称和反对称N孤子收敛到对称和非对称准孤子的区域.值得注意的是,在所有的情况下,反对称2-孤子输入的稳定区域大于对称的对应物,相反,以前已知的结果为基本孤子(N=1)。研究了注入到耦合器单芯中的2孤子的动力学状态(开关)。特别是,分裂成一对对称孤子的输入区域被发现,这被解释为2-孤子的振动和耦合器中的两个芯之间的能量振荡之间的共振的表现。
2012-07-17 nlin.PS physics.optics
Apodized photonic crystals: A non-dissipative system hosting multiple exceptional points
本文提出全介电非耗散切趾光子晶体(1D-APC),通过最优切趾实现多个奇异点,区分PT对称与破缺区域,并推导几何相位与拓扑保护Tamm模式激发条件。
2023-01-10 physics.optics
Universal loss and gain characterization inside photonic integrated circuits
针对光子集成电路内部损耗与增益难以无损表征的问题,本文提出利用非线性光学器件作为光功率鉴别器的通用方法,实现组件级测量,精度优于0.1 dB,并验证于量子PIC。
2025-10-21 physics.optics
Observation of Bloch oscillations in complex PT-symmetric photonic lattices
光在周期性环境中的传播通常与许多有趣的和潜在有用的过程相关联。如果晶体光学势也是线性斜坡,光可以经历周期性的布洛赫振荡,这是局域化的Wannier-Stark态及其等距本征值谱的直接结果。尽管这些效应已经在保守环境中得到了广泛的研究,但在包含放大和衰减的非厄米光子晶格中,情况绝非如此。最近,布洛赫振荡已被预测在宇称时间对称结构涉及增益和损失的平衡方式。虽然在复杂的体介质中,人们直观地预期光通常将遵循最高放大的路径,但是在周期性系统中,这种行为可以通过下面的能带结构而基本上改变。在这里,我们报告的第一个实验观察布洛赫振荡宇称时间对称网格晶格。我们发现,这些复苏表现出不寻常的性质,如二次发射和PT对称性的共振恢复。此外,我们提出了一种通用的方法,用于重建的实部和虚部的能带结构直接监测光的演变过程中的这些振荡的周期。
2016-08-31 physics.optics
Nonlinear All Optical Digital Amplification of the Light Pulse in Weakly Coupled Photonic Crystal Waveguides
提出了利用弱耦合双非线性光子晶体波导实现光脉冲的全光放大。我们考虑柱型PCW,它由周期性分布的圆形棒制成的克尔型电介质材料。计算了对称模和反对称模的色散图。工作频率被适当地选择为位于模式的色散图的边缘。在线性情况下,在该频率下没有传播模式被激发,然而,在非线性介质的情况下,当注入信号的幅度超过某个阈值时,形成孤子,并且它们在耦合的非线性PCW内传播。详细研究了光脉冲在耦合非线性光子晶体波导中传输的近场分布和记录信号的输出功率。在发射信号的各种幅度下计算放大系数。结果生动地展示了弱耦合非线性光子晶体波导作为全光数字放大器的有效性。
2015-03-14 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Vortex droplets and lattice patterns in two-dimensional traps: A photonic spin-orbit-coupling perspective
本文在激子-极化激元均场理论下,研究二维谐振子势阱与TE-TM劈裂诱导的自旋-轨道耦合如何由涡旋-反涡旋束缚态形成多种稳定晶格图案,并指出其在EP集成回路设计中的潜在应用。
2025-04-10 physics.optics
Distributed Coherent Optical Computing via Injection-Locked Photonic Networks
University of Pittsburgh(匹兹堡大学);Technical University of Denmark(丹麦技术大学);Ilmenau University of Technology(伊尔梅瑙工业大学)
本文提出通过光投射锁定实现分布式实时相干光学处理,无需光电转换,通过半导体激光速率方程模型探讨稳定操作条件,验证了降低投射比可抑制远程调制成分,提升计算精度。
2026-04-15 physics.optics
2D Solitons in PT-symmetric photonic lattices
自从二十年前开放量子系统的赝厄米动力学概念被首次提出以来,宇称-时间(PT)对称性一直是人们关注的焦点。相反,他们的厄密对应,非保守环境先验不显示真正的能量本征值和幺正演化。然而,如果PT对称性要求得到满足,即使耗散系统可以表现出真正的能量本征值,从而确保在时间平均能量守恒。在光学中,PT对称性可以通过以平衡的方式合并具有光学增益和损耗的区域来容易地引入。然而,迄今为止,所有的光学实现都被限制在单个横向维度(1D),诸如光波导阵列。在许多情况下,只有损失的调制依赖于一个缩放参数是有效的线性系统。这两个限制都严重限制了潜在的应用。在这里,我们提出了一个实验平台,调查的相互作用的PT对称性和非线性在二维(2D)和观察非线性局域化和孤子的形成。与典型的耗散孤立子相反,我们发现了一个单参数孤立子族,其表现出与保守孤立子类似的性质。在高光功率的限制下,孤子在离散网络上崩溃,并产生放大的自加速场。
2019-05-08 physics.optics
PT-symmetric phase in kagome photonic lattices
Kagome格是一个由角共享三角形组成的二维网络,通常与几何挫折有关。特别地,在可果美阵列中波导模式之间的受抑耦合导致由空间局域模式组成的无色散平坦带。在这里,我们提出了一个复杂的光子晶格放置$\mathcal{PT}$对称二聚体的kagome晶格点。每个二聚体对应于一对强耦合波导。通过对单个二聚体的增益和损耗的平衡安排,系统在有限增益/损耗参数达到临界值时表现出$\mathcal{PT}$对称相位。这种复杂的可果美波导阵列中的光束演化呈现出一种新颖的光功率沿传播距离的振荡旋转。当晶格受到窄光束激发时,观察到源自可果美结构的近平带的长寿命局部手征结构。
2015-09-18 cond-mat.other physics.optics
Induced Berry Connection and Photonic Spin Hall Effect in Optical Dirac Theory
本文在光学狄拉克理论框架下建立了描述光子自旋轨道相互作用与自旋/轨道霍尔效应的场论模型,揭示螺旋路径挠率诱导的旋转耦合及几何相位中SAM与IOAM的联合贡献,并发现椭圆偏振与圆偏振光几何相位的差异。
2025-07-03 physics.optics quant-ph
Amorphous Silicon-Carbide Photonics for Ultrasound Imaging
本文提出以非晶碳化硅(a-SiC)作为光学超声传感材料,构建了20通道微环传感器阵列,实现了高灵敏度、低噪声的超声检测与高分辨率成像,为下一代光声成像提供了小型化、低损耗的解决方案。
2025-07-06 physics.optics
Integrated Gallium Nitride Nonlinear Photonics
氮化镓(GAN)作为一种宽带隙材料,在固态照明中得到了广泛的应用。由于其高非线性和高折射率对比度,绝缘体上氮化镓(GaNOI)也是一个有前途的平台,为非线性光学应用。尽管GaN具有令人感兴趣的光学特性,但由于GAN波导相对较高的光损耗(2 dB/cm),很少研究GAN的非线性应用。在这封信中,我们报告的GaNOI微谐振器的固有品质因数超过200万,相应的光损耗为0.26 dB/cm。实验测得GAN的参量振荡阈值功率低至8.8mW,在通信波段的非线性系数为n2 = 1.2 × 10 - 18 m2 W-1,与硅相当。采用辅助激光泵浦的方法在GAN中产生单孤子,以减小GAN中的高热折射效应。大的固有非线性折射率,加上其宽带透明窗口和高折射率对比度,使GaNOI成为芯片级非线性应用的最平衡平台。
2020-10-30 physics.app-ph physics.optics
Optical multistability in a compact microcavity enabled by near-exceptional coupling
Peking University(北京大学);Harbin Engineering University(哈尔滨工程大学);ITMO University(ITMO大学);Peng Cheng Laboratory(鹏城实验室)
针对紧凑型结构中光学多稳态实现受限的问题,本文通过在光子晶体微腔中设计近异常耦合的超高Q值共振对,增强热光非线性,在低功率下实现三稳态,为高能效全光器件提供策略。
2025-11-15 physics.optics
Broadband on-chip optical non-reciprocity using phase modulators
打破光子集成电路(PIC)中光传播的互易性-特别是在CMOS兼容的绝缘体上硅平台中-是一个激烈的研究课题。然而,光隔离器和环行器的单片集成的实际解决方案仍然难以捉摸。在这里,我们提出并分析了一种新的非互易光子架构与标准单模波导(或光纤)。我们的设计利用级联相位调制器分离的光延迟线和适当的时移波形驱动。因为它是基于完全平衡的干涉仪,不涉及谐振结构,我们的计划也本质上是宽带的。使用现实的参数,我们计算出的消光比优于20 dB和插入损耗低于-3 dB。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exceptional Point Dynamics in Photonic Time Crystals for Enhanced Optical Sensing
Indian Institute of Technology Delhi(印度理工学院德里分校)
本文提出利用光子时间晶体中的时间异常点实现动态可重构、宽频带的增强光学传感。
2025-12-02 physics.app-ph physics.optics
Statistical PT-symmetric lasing in an optical fiber network
光学中的PT对称性是一种条件,其中光子结构上的折射率的实部和虚部被故意平衡。这种平衡可以导致一系列新的光学现象,如单向不可见性,损耗引起的激光,单模激光从多模谐振器,以及非互易效应与非线性。由于PT对称性被认为是脆弱的,迄今为止的实验实现通常仅限于片上微器件。在这里,我们证明了PT对称性的某些功能是足够强大的生存与宏观光学腔的统计波动。我们构建光纤为基础的耦合腔长度超过一公里(自由光谱范围小于0.8调频),在两个子腔的增益和损耗平衡,并检查激光动力学。在这样的宏观系统中,涨落会导致腔失谐量超过自由光谱范围。然而,通过改变增益-损耗对比度,我们观察到激光阈值和激光功率的增长都遵循稳定的PT对称结构的预测行为。此外,在改变腔损耗时,观察到一个统计的破缺点。这些发现表明,PT对称性是一个比以前预期的更强大的光学现象,并指出在光纤网络和光纤激光器的潜在应用。
2017-06-07 physics.optics
PT-symmetric spectral singularity and negative frequency resonance
真空是由平衡的、对称的正负频率涨落组成的。相对运动的介质或加速的观察者可以打破这种对称性,并优先放大负频率模式,如量子切伦科夫辐射和Unruh辐射。本文证明了在相对论性的电磁波洛伦兹变换中存在普遍的负频率-动量镜像对称性。我们发现的宇称时间(PT)对称性在移动介质中的连接和由此产生的光谱奇异性真空波动相关的影响。我们证明了这种谱奇异性可以发生在两个金属板的情况下,在相对运动相互作用,通过积极和消极的频率等离子体激元波动(负频率共振)。我们的工作铺平了道路,了解PT对称的光谱奇异性放大波动的作用,并激励在新的光子系统中寻找PT对称性。
2016-12-06 physics.optics
Photonic spin Hall effect in $\mathcal{PT}$-symmetric non-Hermitian cavity magnomechanics
Zhejiang Normal University(浙江师范大学);Quaid-I-Azam University Islamabad(巴基斯坦奎达伊阿扎姆大学)
本文针对PT对称非厄米腔磁子力学系统,研究其本征值谱特性与光子自旋霍尔效应,发现三阶例外点,实现了对光子自旋霍尔效应的多维度相干调控。
2025-11-15 physics.optics quant-ph
Emulating the Deutsch-Josza algorithm with an inverse-designed terahertz gradient-index lens
本文提出一种基于逆向设计的太赫兹梯度折射率透镜与硅组成的全介质光子超结构,用于模拟 Deutsch-Josza 量子算法,并通过机器学习优化透镜厚度,显著提升了算法实现的准确性。
2023-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
$\mathcal{PT}$ symmetric phase transition and single-photon transmission in an optical trimmer system
宇称-时间($\mathcal{PT}$)对称结构在开发各种稳健量子器件方面具有潜在的应用价值。在损耗增益平衡的光学微调器中,通过研究对称性自发破缺,解析地研究了$\mathcal{PT}$的对称性相变。我们还说明了在$\mathcal{PT}$对称和$\mathcal{PT}$对称破缺两种相位下的单光子传输行为。我们发现:(i)在$\mathcal{PT}$对称性破缺相而不是对称相的单光子传输的非周期动力学可以被看作是相变的特征;(ii)在两个相都表现出单向的单光子传输行为,但来自不同的物理机制。所得结果对实现基于耦合腔系统的光子器件具有一定的参考价值。
2017-02-09 physics.optics quant-ph
Non-Hermitian Floquet-Free Analytically Solvable Time Dependant Systems
非厄米模型在宇称(P)和时间反演(T)算符下是对称的,是制备新型超灵敏光电子器件的基础。然而,在这样的系统中提供增益通常需要对非线性过程进行精确控制,限制了它们的应用。在本文中,为了绕过这个障碍,我们引入了一类与时间相关的非厄米哈密顿量(不一定是Floquet),它可以描述一个两能级系统与时间调制的现场潜力和耦合。我们表明,实施一个适当的非幺正规范变换转换到一个有效的一个平衡的增益和损失的原始系统。这将使我们能够分析地推导出状态的演化。我们提出的一类哈密顿算子可以用于不同的平台,如电子电路,声学和光子学,以设计具有隐藏的PT对称性的结构,而不需要想象的现场放大和吸收机制来获得例外点。
2023-02-02 math-ph math.MP physics.optics
Optical waveguide arrays: quantum effects and PT symmetry breaking
在过去的二十年中,制造的进步已经导致在产生图案化异质结构方面的显著进步,所述图案化异质结构支持具有特定能带结构的载流子(诸如电子或空穴)或具有给定模式结构和色散的电磁波。在这篇文章中,我们回顾了耦合光波导中的光的性质,支持特定的能谱,有或没有无序的影响,这是很好地描述了一个厄米特紧束缚模型。我们表明,与一个明智的选择的初始波包,该系统显示的量子粒子的特性,包括横向光子输运和本地化,以及一个经典粒子。我们扩展到非厄米,宇称和时间反演($\mathcal{PT}$)的对称哈密顿物理代表波导阵列与空间分离,平衡吸收或放大的分析。我们表明,耦合波导是一个理想的候选人来模拟$\mathcal{PT}$对称哈密顿和过渡从一个纯粹的实能量谱的频谱与复共轭特征值发生在他们。
2013-05-15 cond-mat.dis-nn physics.optics quant-ph
Goos-Hänchen Shift in $\mathcal{PT}$-Symmetric and Passive Cavity Optomechanical Systems
Zhejiang Normal University(浙江师范大学)
本文研究了在$\mathcal{PT}$对称和被动腔量子力学系统中通过单光学力学平台控制反射弱探测场Goos-Hänchen位移的方法,发现通过调节有效耦合强度可产生例外点,并展示了在不同$\mathcal{PT}$相态下位移的强相位依赖性及主动调节机制。
2026-04-02 physics.optics quant-ph
Negative Gilbert damping in cavity optomagnonics
伴随宇称-时间对称破缺的例外点(EP)最近受到了广泛的物理学界的关注。通过引入平衡的增益和损耗,它已经在光子学、声学和电子结构中实现。然而,磁振子EP的观测仍然难以捉摸。主要的挑战是通过实验产生负吉尔伯特阻尼,这被认为是极不可能的,但PT对称性要求。在本工作中,我们研究了圆偏振激光与放置在光学腔中的亚微米磁体的磁光相互作用。结果表明,在远蓝失谐量下,驱动激光与腔体光子的非共振耦合可以诱导出精确的Gilbert型磁增益(或负阻尼)。一个双曲正切函数anvanc被发现很好地描述了时间分辨自旋翻转的内禀磁化耗散被克服。当光抽运磁体与一个纯损耗磁体相互作用时,通过改变失谐系数,我们观察到从不平衡到被动PT对称的相变。我们的研究结果为操纵磁阻尼参数的符号和实现腔光磁学中的EP提供了一条可行的途径。
2020-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics