Bistable topological edge states in polariton microcavities with unpaired Dirac cones
Xi’an Jiaotong University(西安交通大学);Institute of Spectroscopy, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院光谱研究所);Jilin University(吉林大学)
本文提出一种非线性微腔系统,通过打破反演和时间反演对称性产生未配对的狄拉克锥,实现单向边缘态和双稳态效应,并首次观察到稳定耗散边缘孤子。
2026-06-17 nlin.PS physics.optics
Transmission Nonreciprocity in a Mutually Coupled Circulating Structure
打破洛伦兹互易性被认为是光场非互易传输的先决条件,因此线性光学系统非互易性的可能性大多被忽略。提出了一种三个相互耦合的微腔或光纤环结构来实现光学非互易性。虽然它与来自两个不同输入端口的场的耦合是恒定相等的,但这种系统在其中一个腔中的光增益饱和或不同腔中的循环场的不对称耦合的情况下不连续地传输它们。光纤环构成的结构可以作为一个与时间无关的线性系统进行非互易传输,而不会破坏洛伦兹互易性。同时从两个不同端口输入的光隔离,甚至近似的光隔离器操作都可以用该结构实现。
2019-08-08 physics.optics
Quantum-coherent optical isolation and circulation using frequency conversion on a chip
University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Stanford University(斯坦福大学)
利用芯片上的高效频率转换实现量子层面的光学非互易性,通过高消光比和低损耗的光子芯片实现单光子级别的光学隔离与循环。
2025-12-09 physics.optics quant-ph
Advances in Optical and Microwave Nonreciprocity
现代光子和量子技术需要互易性打破,例如,隔离器,全双工系统,量子计算机中的噪声隔离,激励人们寻找超越磁基器件的实用方法。本文综述了光学非互易性的最新进展,包括新材料(Weyl半金属、拓扑绝缘体、超颖表面)、有源结构、时间调制、PT对称性破缺、非线性、量子非线性、单向增益和损耗、手征量子态、谷极化等。
2020-12-06 physics.app-ph physics.optics
Optical isolators based on non-reciprocal four-wave mixing
在这项工作中,我们提出并从理论上表征光隔离器组成的全介质和非磁谐振器具有强度依赖的折射率和强相干场在一个单一的方向上传播。这样的设备可以直接在最先进的集成光子平台中实现。光学隔离的机制是基于四波混频过程的非对称作用引起的光学互易性的破坏,该过程将强传播的泵浦场与同向传播的信号/空闲模式耦合,但不与反向传播的模式耦合。利用与光流体的密切类比,我们提出的隔离机制在物理上理解为强泵浦光束顶部的集体激发的Bogoliubov色散。一些最相关的设置实现我们的建议进行了具体的调查,如相干照明无源环形谐振器和单向激光环或太极谐振器。
2022-06-14 physics.optics
Breaking Anti-$\mathcal{PT}$ Symmetry by Spinning a Resonator
非厄米系统,在宇称时间($\mathcal{PT}$)操作下具有对称或反对称哈密顿量,可以具有完全实的本征值。这一事实导致了令人惊讶的发现,如损耗诱导激光和拓扑能量转移。抗$\mathcal{PT}$系统的优点是没有增益,但是在最近制造抗$\mathcal{PT}$器件的努力中,仍然需要非线性。在这里,违反直觉,我们展示了如何实现反$\mathcal{PT}$对称性和它的自发破缺的线性设备通过自旋损耗谐振器。与厄米旋转装置相比,在抗$\mathcal{PT}$断裂阶段可实现显著增强的光学隔离和超灵敏的纳米颗粒感测。从更广泛的角度来看,我们的工作提供了一个新的工具来研究反$\mathcal{PT}$的物理,具有广泛的应用,如反$\mathcal{PT}$激光器,反$\mathcal{PT}$陀螺仪,和反$\mathcal{PT}$拓扑光子学或光力学。
2020-09-13 physics.optics quant-ph
Breaking the angular dispersion limit in thin film optics by ultra-strong light-matter coupling
本研究提出利用超强耦合微腔中的激子-极化激元模式打破薄膜光学的角色散极限,实现了在极端角度下偏移极小的窄带滤波器,并拓展至高透射率与柔性集成应用。
2024-11-13 cond-mat.soft physics.optics
Fundamentals of optical non-reciprocity based on optomechanical coupling
基于综合规范场的光的光学隔离、非互易相位传输和拓扑相位是近年来的研究热点。腔光学机械系统,涉及两个光学模式耦合到一个共同的机械模式形成一个理想的平台,以实现这些效果,提供了各种最近的演示光学机械诱导的非互易光传输的基础。在这里,我们建立了一个统一的理论框架来分析光学非互易性和时间反演对称性的破坏多模光机系统。我们强调了两种实现隔离的一般情况,依赖于光学或机械损耗。根据损耗机制,我们的理论定义了这些系统中最佳隔离和可用操作带宽的最终要求。我们还分析了边带分辨率对光机械隔离器性能的影响,强调了即使在未解决的边带制度中也可以保持非互易性的事实。我们的研究结果提供了广泛的一类参数调制非互易器件的一般见解,铺平了道路,为低噪声集成纳米光子学的最佳非互易系统。
2016-12-21 physics.optics quant-ph
On-chip optical isolators
Qingdao Innovation and Development Center, Harbin Engineering University(哈尔滨工程大学青岛创新发展基地);Faculty of Physics, ITMO University(ITMO大学物理学院)
本综述构建通用框架评估片上光隔离解决方案,对比三种集成非互易响应路径,分析相关约束与权衡,为可规模化光子集成电路提供机制视角。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Kerr-type nonlinear optical isolators bypassing dynamic reciprocity
无磁光隔离器是实现集成光学系统的关键器件。无源非线性光隔离器的基本物理原理不仅仅是在不需要任何外部偏压的情况下打破洛伦兹互易性。事实上,克尔型非线性光隔离器的一个主要障碍是所谓的动态互易性,其严重后果是在存在前向强信号的情况下不能隔离后向信号。在这项工作中,我们提倡速度选择性非线性的新概念,绕过这种动态互惠。在非对称腔中使用具有温暖铷原子的原理验证平台,我们在实验上实现了在存在强前向信号的情况下后向信号的隔离,实验观察与我们的理论模拟一致。因此,这项工作是走向克尔型无源光隔离器的重要一步。
2020-10-17 physics.optics
Microresonator Isolators and Circulators Based on the Intrinsic Nonreciprocity of the Kerr Effect
非互易光传播在从光通信到集成光子学的许多应用中是重要的。实现光学非互易性的一个简单方法是利用克尔介质中反向传播光之间的非线性相互作用。在环形谐振器内,这导致自发对称性破缺,结果是给定频率的光可以在一个方向上循环,但不能同时在两个方向上循环。在这项工作中,我们证明了这种效应可以用来实现基于单个超高Q微谐振器的光隔离器和环行器。我们获得了超过24 dB的隔离,并开发了一个理论模型的功率缩放的可实现的nonreciprocities。
2018-01-30 physics.app-ph physics.optics
Non-reciprocal Cavity Polariton with Atoms Strongly Coupled to Optical Cavity
本文实验展示了多原子与法布里-珀罗腔强耦合的手性腔QED系统,通过极化原子内态打破时间反演对称性,在线性区实现单光子级超过30 dB的光学隔离,并验证了零磁场工作和隔离方向可重构性,非线性区还观察到非互易非经典统计。
2023-04-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Strong self-induced nonreciprocal transmission by using nonlinear PT-symmetric epsilon-near-zero metamaterials
非互易传输是单向波传播现象背后的基本过程。在我们的工作中,一个紧凑和实用的宇称时间(PT)对称的超材料设计的基础上,两个碳化硅(SiC)介质由一个空气隙和光子掺杂的增益和损耗缺陷。我们证明了一个例外点(EP)是在这个PT对称系统中形成的SiC作为一个实用的ε近零(ENZ)材料时,并考虑到其适度的光损耗。此外,甚至更重要的是,由于非线性克尔效应,在稍微偏离EP的频率处激发强自感非互易传输,但不破坏PT对称相位。从一个方向的透射率是完全一致的,而从另一个方向的透射率降低到非常低的值,实现非常高的光学隔离。与无源非线性非互易谐振器相比,所提出的有源非线性超材料克服了非互易性的基本物理界限。强烈的自感非互易传输来自于从相反入射方向激发时实现的极端非对称场分布。缺陷中电场的显著增强有效地降低了触发所呈现的非线性响应所需的光功率。这项工作可以有大量的应用,如用于保护源或其他敏感设备免受外部脉冲信号,循环器和隔离器的非互易性涂层。
2020-03-03 physics.optics
Engineering transistor-like optical gain in two-dimensional materials with Berry curvature dipoles
半导体晶体管是电子电路的基本元件,因为它们能够实现例如电压信号的隔离或放大。虽然传统的晶体管是点型(集总元件)器件,但在体材料中实现分布式晶体管型光学响应可能是非常令人感兴趣的。在这里,我们表明,低对称性的二维金属系统可能是实现这样的分布式晶体管响应的理想解决方案。为此,使用半经典玻尔兹曼方程的方法,我们的二维材料的静电偏压下的光学电导率的特征。发现与非线性霍尔效应类似,电子输运依赖于Berry曲率偶极子。我们的分析表明,电光效应改变了材料的光学电导率,打破了电磁互易性,并产生了一个动态响应,模仿晶体管,但在一个分布式的体积。此外,有效电导率张量可以是非厄米的,从而打开了光学增益的可能性。为了最大限度地提高非厄米响应,我们探讨了应变扭曲双层石墨烯的具体情况。我们的分析表明,入射光通过偏置系统传输的光学增益依赖于光的偏振,可以是相当大的,特别是对于多层配置。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall physics.optics