Waveguides with Absorbing Boundaries: Nonlinearity Controlled by an Exceptional Point and Solitons
本文揭示了在具有弱非线性有源芯和吸收边界的平面波导中存在连续族的单模导孤子。TE和TM偏振孤子的稳定传输伴随着所有其他模式的衰减，即波导具有保守和耗散系统的特性。如果波导的线性谱具有例外点，这发生在TM偏振的情况下，则最初聚焦（散焦）的材料非线性可以变为有效地散焦（聚焦）。当表面阻抗环绕例外点时，由于携带的本征模的几何相位而发生这种情况。反过来，有效非线性的变化确保了暗（亮）孤子的存在，尽管聚焦（散焦）克尔非线性的核心。异常点的存在也会导致有效非线性的反常增强。在实际应用中，波导的非线性可以通过控制吸收包层的性质来控制。
2017-07-19 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Exceptional coupling in extreme skin-depth waveguides for extremely low waveguide crosstalk
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；Purdue University（普渡大学）
针对光子芯片集成密度受波导串扰限制的问题，提出利用极浅表皮深度波导的奇异耦合实现串扰完全抑制，在SOI平台验证效果，可缩小芯片面积。
2020-02-24 physics.optics
Higher order Conjugate Exceptional Points in an 1D Photonic Bandgap Waveguide
本文在增益-损耗辅助的多模1D互补光子带隙波导中演示了三阶共轭奇异点(EPs)，揭示了参数化环绕三阶共轭EPs促进的高阶模式转换现象，展示了片上模式转换的潜力。
2025-04-01 physics.optics
Higher-order exceptional points in loss-free waveguide arrays with negative-index materials
本文证明利用负折射率材料诱导的反PT对称性可在无损耗波导阵列中实现高阶奇异点，并通过数值模拟验证三阶EP与耦合模理论一致，同时讨论了四阶EP方案，展示了无损耗NIM在非厄米光学中的应用潜力。
2023-04-18 physics.class-ph physics.optics
Transition from Dirac points to exceptional points in anisotropic waveguides
揭示了各向异性材料波导中狄拉克点和例外点的存在性，并研究了它们之间的跃迁。色散图中的狄拉克点出现在描述束缚态本征值问题的矩阵分裂成两个块的传播方向上，通过偏振或内模对称性对本征模进行排序。通过适当的泄漏机制引入非厄米通道，使得狄拉克点转变为由费米弧连接的例外点。异常点出现不适当的混合泄漏状态，重要的是，发现总是发生的各向异性对称平面。
2019-10-08 physics.optics
Waveguide-Plasmon Polariton Quasiparticles with Exceptional Point Characteristics
本研究利用非厄米物理设计混合等离激元波导结构，实现具有奇异点特性的耦合模式，增强模式对比度并提升器件调控能力，为集成光子学低功耗紧凑型器件开辟新路径。
2025-10-28 physics.optics
Third Order Modal Exceptional Degeneracy in Waveguides with Glide-Time Symmetry
三路波导的色散被设计成表现出异常的模式特性。两个具有宇称-时间（PT）对称性的耦合波导先前已被证明具有二阶例外简并点（EPD）。在这项工作中，我们介绍和调查一类特殊的EPD，适用于从射频到光波长，其中三个耦合波导满足滑移时间（GT）对称性表现出三阶模态简并与实值波数。GT对称性涉及波导的无损/无增益组件的滑移对称性，以及在应用滑移对称性操作时改变无源/有源元件的符号。这种GT对称条件允许结构的三个Floquet-Bloch本征模在单个频率处合并为实值波数，此外还具有纯实波数的色散图的一个分支。所提出的方案可以具有从射频到光学器件的应用，包括但不限于分布式放大器、辐射阵列和传感器。
2022-03-15 physics.app-ph physics.optics
Complex Berry phase instability in PT-symmetric coupled waveguides
我们表明，模拟的几何相位的非厄米耦合波导与PT对称性和至少一个周期性变化的参数可以是纯虚的，因此将导致在系统中的不稳定性的表现。在沿波导演化后的系统本征态谱中看到的不稳定峰可以直接映射到几何函数的导数谱。当接近系统的异常点时，不稳定性被放大，非绝热效应开始出现。由于系统不能在例外点附近演化，PT对称性将比理论预测更早地被观察到破缺。
2018-04-30 math-ph math.MP physics.optics
Electrical tunability due to coalescence of exceptional points in parity-time symmetric waveguides
我们从理论上证明了由于合并的PT对称波导中的例外点有界的不完美的导电层的电调谐。由于多模相互作用的竞争效应，在这样一个简单的系统中可以获得多个例外点和PT相变，并且它们的出现强烈地依赖于边界导电层。当导电层变得非常薄时，发现同一系统的斜透射率和反射率可以通过载流子密度的微小变化在0和1之间调谐。该结果为利用电选通实现光信号的快速调谐和调制提供了一种有效的方法。
2017-02-01 physics.optics
Spectral-domain method of moments for the modal analysis of line waveguides
本文提出谱域矩量法，对任意各向异性阻抗平面构成的线形波导进行全波模态分析，并通过解析方法与商用仿真验证其束缚波和漏波结果。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.NA
Boundary-Driven Exceptional Points in Photonic Waveguide Lattices
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；IFISC (UIB-CSIC), Instituto de Fisica Interdisciplinar y Sistemas Complejos（综合物理与复杂系统研究所（巴利亚多利德大学-西班牙高等科学研究委员会））
该研究通过侧耦合缺陷在无限长光子波导晶格中诱导边界驱动的异常点，揭示了非马尔可夫记忆核对共振轨迹和共扼条件的影响，为探索记忆增强的非Hermitian物理提供了实验平台。
2026-03-07 physics.optics quant-ph
Non-adiabatic Modal Dynamics around Exceptional Points in an All-Lossy Dual-Mode Optical Waveguide: Towards Chirality Driven Asymmetric Mode-Conversion
本文报道了一种横向损耗分布不均匀的一维平面光波导，它存在一个例外点（EP）。波导托管两个泄漏谐振模式，其中它们之间的相互作用在EP附近的控制通过适当调整的不均匀性，仅在衰减分布。我们研究的绝热动力学的耦合模式的传播常数的准静态包围的EP周围的控制参数。实现这样一个包围沿光传播方向的非均匀损耗分布，我们报告的两个耦合模式通过波导中存在的EP的绝热演化的故障。这里，在转换期间，输出模式与输入激发模式的选择无关，而是取决于光传输的方向。这种拓扑控制的，鲁棒的非对称模式转换方案的平台上提出的全损耗波导结构可能会打开一个广泛的出路的实施状态转移应用的手征驱动的波导为基础的设备。
2018-09-30 physics.optics
Optical waveguide hosting multiple exceptional points: Toward selective mode conversion
我们研究了一维平面少模光波导中异常点（EPs）的惊人物理特性。波导管中有四个准导模。在这里，所选择的模式对之间的相互作用由非均匀增益-损耗分布的空间分布调制。这两个耦合对在参数平面上接近两个不同的二阶EP。考虑一个适当的参数环来同时包围所识别的EP，我们建立了一个特定的拓扑特征，其中参数空间中的一个圆形包围产生复β平面中对应的耦合模对的传播常数（β）之间的切换。选取两种不同的参量环模式，建立了β开关现象中的不变拓扑。这种鲁棒的模式转换方案将提供一个平台，以实现选择性模式开关器件或光模式转换器。
2019-04-15 physics.optics
Dynamically encircling exceptional points in a waveguide: asymmetric mode switching from the breakdown of adiabaticity
具有损耗或增益的物理系统的特征是谐振模式随时间呈指数衰减或增长。每当两个这样的模式在它们的共振频率和它们的衰减或增长率上合并时，就会出现所谓的“例外点”，最近据报道，围绕这个点出现了许多有趣的现象。特别有趣的行为被预测出现时，包围一个特殊的点足够慢，像一个状态翻转或几何相位的积累。致力于这个问题的实验已经可以成功地探索例外点的拓扑结构，但一个完整的动力学包围和绝热性的崩溃不可避免地与它相关的任何测量仍然遥不可及。在这里，我们证明了一个动态的包围一个特殊的点可以映射到散射通过一个双模波导的问题，这使我们第一次访问难以捉摸的效果发生在这种情况下。具体来说，我们提出了实验结果从波导结构，引导传入波在传输过程中的一个例外点周围。以这种方式，引起模式转换，使得该器件非常适合作为不同波导模式之间的鲁棒和非对称开关。我们的工作开辟了新的和令人兴奋的途径，探索特殊的点物理在基础研究和实际应用之间的十字路口。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exceptional Points and Asymmetric Mode Switching in Plasmonic Waveguides
我们研究了由一对具有不同损耗的石墨烯片组成的非厄米特系统中的例外点。石墨烯波导中存在两种表面等离子体激元（SPP）模式。通过改变两个石墨烯片之间的距离和石墨烯的化学势，EP表现为本征值，即两个模式的波矢量合并。在由石墨烯的几何参数和化学势组成的参量空间中，将EP包围起来，可以观察到本征模的交叉转换和几何相位的变化。同时，某一输入SPP模式可能导致完全不同的输出。该研究为纳米级敏感光学开关和传感器的开发铺平了道路。
2016-07-31 physics.optics
Analysis of a single-mode waveguide at sub-terahertz frequencies as a communication channel
我们实验研究的电磁波波导的传输频率范围从160到300 GHz。利用光混频激励和检测阻抗低两个数量级的矩形波导中的TE 10基模。大的阻抗失配导致传输的频率依赖性很强，我们可以测量高达80 dB的高动态范围和高频率分辨率。修正的传输函数与波导的信息速率直接相关，我们估计约为每光子1比特。我们认为，该结果适用于约瑟夫森结作为一个单光子源，并耦合到超导波导，以实现一个简单的按需窄带宽自由空间数态信道。
2019-09-19 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Intensity-Based Criterion for Determining Exceptional Point in Parity-Time (PT) Symmetric Coupled Array of Optical Waveguides
Shahid Bahonar University of Kerman（克尔曼沙赫德巴孔纳尔大学）；Isfahan University（伊斯法罕大学）；Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
本文提出一种基于强度的新型准则，用于确定对称破缺点，该方法在计算效率上优于传统哈密顿量对角化方法，适用于广泛的时间反演对称系统。
2026-03-30 physics.optics
Bound states in the continuum and exceptional points in dielectric waveguide equipped with a metal grating
连续体中的束缚态（BIC）和例外点（EP）是最近深入研究的主题，因为它们表现出对基础物理和实际应用都有意义的奇异现象。我们研究了由金属光栅构成的介质波导中的Friedrich-Wintgen（FW）型BIC和EP的出现，重点研究了它们对光栅厚度的依赖性。对于任何厚度的光栅，BIC出现在由两个波导模式形成的反交叉附近的分支处。随着光栅厚度的变化，反交叉间隙发生变化，BIC出现的分支发生翻转。我们表明，当狭缝是单模，BIC出现在两个波导模式之间的交叉处的空晶格（零缝宽）的限制，而结果满足的分支处BIC出现在以前的报告中的标准。此外，我们发现，EP出现在BIC附近的同一设备中，只有选择光栅厚度。包括金属光栅的电介质波导中的BIC和EP，特别是具有这种可调谐性的BIC和EP，除了作为非厄米系统的基础研究的平台之外，还有望导致功能和高性能光子器件的发展。
2020-01-22 physics.optics
Nonadiabatic Modal Dynamics Around a Third-order Exceptional Point in a planar waveguide
异常点周围的动力学参量包围和相应的非对称态转移现象近年来引起了人们的广泛关注。在这种情况下，除了在两能级系统中的二阶EP（EP 2）周围的时间非对称状态动力学之外，在具有复杂拓扑结构和丰富物理的多状态系统中的三阶EP（EP 3）周围的类似状态动力学的研究还缺乏。在这里，我们报告了一个制造可行的少模平面光波导与定制的增益-损耗分布和调查的影响，在多个EP 2的存在下，围绕EP 3的动态参数包围。立方根分支点的行为建立在绝热包围过程后的耦合模式的传播常数之间的连续切换。现在，在考虑动力学包围过程的同时，EP 3周围系统绝热性的破坏导致了独特的光动力学，在那里我们已经展示了器件手性的破坏。
2020-04-10 physics.optics
Theory of Exceptional Points of Degeneracy in Uniform Coupled-Waveguides and Balance of Gain and Loss
提出了耦合模波导结构中简并例外点（EPD）的传输线理论，一个理论，说明了耦合电磁模式的特性，在一个特殊的色散简并条件下，尚未探索的竞争中的增益和损耗。我们演示了具有平衡和对称增益和损耗的耦合均匀波导中宇称时间（$\cal{PT}$）对称性的概念，以及该条件如何与二阶EPD相关联。我们表明，通过引入增益到自然有损结构提供的条件，从而异常点的非厄米简并可以表现出来，如在$\cal{PT}$对称结构。此外，我们还表明，$\cal{PT}$ -对称性，尽管是经常建议的方法获得非厄米简并在光学频率，是不是一个必要的条件，事实上，我们表明，EPD可以得到破坏拓扑对称性的均匀TL。在这种特殊的简并条件附近操作导致各种微波和光学谐振器以及诸如分布式振荡器（包括激光器、放大器、辐射阵列、脉冲压缩器和Qswitching传感器）的设备的潜在性能增强。
2016-10-03 physics.optics
Metastable two-component solitons near an exceptional point
我们考虑了具有分布增益和损耗的二维非线性波导。描述该系统的光学势由仅依赖于一个横坐标的未扰动复势组成，即，对应于平面波导，以及取决于两个横向坐标的小的不可分离的扰动。假设未扰动平面波导的频谱具有例外点（EP），而扰动驱动系统进入完整相位。略低于EP，波导维持两个组件的包络孤子。我们推导出一维方程的缓慢变化的信封的组件，并显示其稳定的传播。当两个横向的框架内考虑到的原始模型，所获得的两个组件的亮孤子成为亚稳态，并持续在非常长的传播距离。
2021-08-04 nlin.PS physics.optics
Theory of Coupled Resonator Optical Waveguides (CROW) Exhibiting High Order Exceptional Points of Degeneracy
提出了一种新的方法和理论框架，用于在基于周期耦合谐振腔光波导（CROW）的光子结构中产生高阶例外简并点（EPD）。这种EPD涉及在CROW中Floquet-Bloch本征波的合并，而不存在增益和损耗，这与基于增益和损耗平衡开发例外点的奇偶时间（PT）对称性的要求相反。EPD在这里通过将谐振器链耦合到相邻的均匀光波导而在传统的耦合谐振器链中引入对称性破坏而产生，这导致在传统的CROW中无法实现的独特模态特性。这些显著的特性包括高的品质因数（Q因子）和强的场增强，即使在腔的两端没有任何反射镜。我们首次展示了CROW表现出各种阶的EPD的能力，包括简并带边缘（DBE）和固定拐点（SIP）。有限长度的CROW在DBE附近工作时，表现出增强的品质因数，并且Q因子随着CROW的长度表现出异常的缩放。我们开发的EPD在这种非常规的CROW使用耦合波方程的理论，我们推导出色散关系的解析表达式。所提出的非常规CROW概念具有各种潜在的应用，包括Q开关、非线性器件、激光器和极其敏感的传感器。
2017-08-23 physics.optics
Exceptional points and spectral singularities in active epsilon-near-zero plasmonic waveguides
我们提出了一个纳米级的有源等离子体激元波导系统组成的阵列的周期性狭缝，可以表现出特殊的点和光谱奇异性，导致几个新的功能。所提出的对称有源系统在其截止波长附近工作，并表现为有效的ε近零（ENZ）介质。我们证明了一个例外点（EP）的形成，访问非常低的增益系数值，所提出的纳米级对称等离子体配置的一个独特的功能。无反射ENZ传输和完美的损耗补偿实现在EP，这与有效ENZ谐振波长的主动等离子体波导阵列的建议。当我们进一步增加加载在狭缝中的电介质材料的增益系数时，在ENZ共振处发生光谱奇异性，导致在向前和向后方向上的超散射（激射）响应。这些有趣的效果是实现的材料，其特征在于非常小的增益系数与实际值和亚波长尺度，由于在ENZ共振导致增强的光-物质相互作用的活性狭缝内的强和均匀的场增强。我们从理论上分析所获得的EP，以及发散的光谱奇异性，使用传输线模型和调查的第二个入射波和非线性的建议的主动ENZ等离子体系统的响应中添加。我们的研究结果提供了一个新的路线有趣的纳米光子应用，如无反射有源ENZ介质，单向相干完美吸收，纳米激光器，强光学双稳态和全光开关纳米器件。
2019-01-25 physics.optics
Exceptional Degeneracy in a Waveguide Periodically Loaded with Discrete Gain and Radiation Loss Elements
我们证明了一个周期性的波导均匀无损段连同离散增益和辐射元件支持例外点的退化（EPD）。我们提供了保证EPD发生的所有可能条件的解析表达式，即，特征值和特征向量的合并。我们表明，EPD不仅实现了使用对称的增益和辐射周期性加载，但它们也得到使用非对称的增益和辐射损耗的条件。我们说明了简并电磁模式的特点，显示色散图和讨论的EPD频率的可调谐性。我们展示了一个特殊的条件，我们称之为宇称时间（PT）滑移对称性，这导致发生在所有操作频率的简并。在这项工作中提出的EPD类是非常有前途的许多应用程序，将离散分布的相干源和辐射损耗元件，在这种特殊的简并条件附近的操作导致潜在的性能增强，在各种微波和光学谐振器，天线和设备，并可以扩展到一类新的有源集成天线阵列和辐射激光器阵列。
2021-04-08 physics.app-ph physics.optics
Light transfer transitions beyond higher-order exceptional points in parity-time and anti-parity-time symmetric waveguide arrays
我们提出了两个非厄米阵列的$N=2l+1$波导和显示宇称时间（$\mathcal{PT}$）或反$\mathcal{PT}$对称性的研究光传输动力学的基础上$N$阶例外点（EP）。$\mathcal{PT}$对称阵列支持两个$N$阶EP，它们分别用实特征值和虚特征值分隔开未间断相位和间断相位。该阵列中的光传输动力学表现出完全不同的行为，即在未破裂相中的单向振荡行为，在破裂相中的边缘朝向局域化行为，以及仅在$N$阶EP处的中心朝向局域化行为。反$\mathcal{PT}$对称阵列还支持两个$N$阶EP，这两个阶EP分离未中断相位和中断相位，然而，它们分别涉及虚特征值和实特征值。因此，该阵列中的光传输动力学在未中断相位中表现出朝向中心的定位行为，并且在中断相位中表现出以原点为中心的振荡行为。这些非平凡的光传输行为和它们的受控跃迁对于其他分裂的低阶EP是不可行的，并且取决于自旋-$l$矩阵的基本$SU(2)$对称性。
2022-05-16 physics.optics quant-ph
Non-Markovian exceptional points in waveguide quantum electrodynamics
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；IFISC (UIB-CSIC), Instituto de Fisica Interdisciplinar y Sistemas Complejos（跨学科物理与复杂系统研究所）
研究非马尔可夫动态中异常点的出现，揭示其在波导量子电动力学系统中的实验可行性。
2026-04-07 physics.optics quant-ph
Dynamically encircling an exceptional point in anti-PT-symmetric systems: asymmetric mode switching for symmetry-broken states
在宇称-时间（PT）对称系统中动态包围例外点（EP）显示了有趣的手征动力学，导致非对称模式切换，当包围方向相反时，输出模式不同。在这里，我们表明，在反对PT对称系统的EP的动力学包围也可以导致手征动力学，如果开始/结束点位于PT-破碎阶段，相反，PT对称系统的手征动力学出现，如果开始/结束点位于PT-未破碎阶段。对于许多应用，例如使用波导的信号处理，在反PT对称系统中的非对称模式切换是更有用的，因为每个本征模式仅局限于一个波导中。我们发展了一个反PT对称手征动力学的解析理论，并使用三个波导进行实验，以证明非对称模式切换。在反PT对称系统中观察到的新的波操纵现象可能为设计具有新功能的片上光学系统铺平道路。
2018-06-20 physics.class-ph physics.optics
Exceptional points of any order in a single, lossy, waveguide beamsplitter by photon-number-resolved detection
例外点（EP）是非厄米特算子的退化，其中除了本征值之外，对应的本征模也退化。具有EP的经典和量子光子系统由于其不寻常的性质、拓扑特征以及依赖于EP阶数（即简并本征模的数目）的增强的灵敏度而引起了极大的关注。然而，实验工程高阶EP在经典或量子域仍然是一个开放的挑战，由于严格的对称性约束，所需的聚结的多个本征模。在这里，我们分析表明，一个单一的，有损耗的，波导分束器，激发$N$不可区分的光子和后选择的$N$光子子空间的数量分辨动力学，将表现出EP的顺序$N+1$。利用分束器哈密顿量与光子数空间中理想态转移模型之间的映射，解析地得到了一般$N$ -光子态的时间演化，并数值模拟了系统在后选择流形中的演化.我们的结果为在单个设备中按需实现鲁棒、任意顺序的EP铺平了道路。
2019-05-16 physics.optics quant-ph
Diffraction-free beam propagation at the exceptional point of non-Hermitian Glauber Fock lattices
我们构造了位于耦合波导制成的非厄米Glauber Fock（NGF）晶格边缘的局域光束，该光束可以长距离传播而几乎没有衍射。具体地说，我们计算了封闭形式的本征态的例外点的半无限的NGF晶格的波导是在一个单向的方式耦合。我们使用封闭形式的解决方案来构建有限的NGF晶格中的无衍射光束。我们提供了一个数值方法来找到其他晶格，能够支持无衍射光束在一个例外的点。
2020-09-27 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Second-Harmonic Generation at a Fourth-Order Exceptional Point Degeneracy
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Università degli Studi di Brescia（布雷西亚大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
通过四阶异常点退化处的双光栅波导实现高效垂直辐射的二次谐波生成，转换效率随单位格子数呈八次方增长。
2026-03-12 physics.optics
Exceptional points and pseudo-Hermiticity in real potential scattering
我们采用最近发展的二维散射理论的转移矩阵公式来研究一类由实势模型建立的散射系统。这些潜在的转移矩阵是相关的时间演化算子为相关的伪厄米哈密顿算子$\widehat{\mathbf{H}}$开发一个例外点的一组离散的入射波数。我们利用该算子的谱性质来确定这些势的转移矩阵，并解决它们的散射问题。我们应用我们的一般结果来探索波的散射由有限长度的波导在两个维度，入射波的源和测量散射波的检测器被定位在空间无限大，而内部的波导，这是充满了非活性材料，形成一个有限的矩形区域的空间。通过对该模型的研究，我们可以阐明$\widehat{\mathbf{H}}$的实本征值和复本征值及其例外点存在的物理意义和意义。我们的结果揭示了赝厄米算符和例外点概念在封闭系统的标准量子力学中的相关性，其中势要求是实的。
2022-04-11 math-ph math.MP physics.optics
Light stops at exceptional points
大约20年前，光在钠的超冷原子云中的速度被减慢到低于真空速度的$10^{-7}$。当耦合激光器突然关闭时，一个慢光脉冲可以印在冷原子上，这样它就可以被读出并再次转换为光子。在这个过程中，光通过吸收它并将其形状存储在原子系综中而停止。或者，光可以停止在光子晶体波导的带边，在那里群速度为零。在这里，我们扩展的现象停止光的宇称时间（PT）对称系统的新领域。我们表明，零群速度在PT对称光波导可以实现，如果系统是在一个例外的点，两个光学模式合并。这种效应可以在很宽的频率和带宽范围内的光脉冲进行调谐，正如我们在具有增益和损耗的耦合波导系统中所展示的那样。
2018-01-03 physics.optics
Arbitrary order exceptional point induced by photonic spin-orbit interaction in coupled resonators
非厄米系统的许多新性质都是在复能量面的异常点（本征值和本征向量合并的分支点）处或其附近发现的。特别是，高阶例外点可以导致对外部扰动超敏感的光学结构。在这里，我们表明，一个任意阶例外点可以实现在一个简单的系统，包括放置在波导附近的相同的谐振器。由波导模式介导的谐振器的任意两个手征偶极态之间的单向耦合导致例外点，该例外点受到导波的横向自旋动量锁定的保护，并且与谐振器的位置无关。在例外点的谐振器的各种解析响应函数的实验表现在微波政权。数值和解析证明了异常点附近的外部扰动的灵敏度的增强。
2019-02-20 physics.optics
Efficient light coupling from integrated single-mode waveguides to supercollimating photonic crystals on silicon-on-insulator platforms
我们提出了一个实用和有效的解决方案，从集成单模波导的光耦合到超准直平面光子晶体在传统的绝缘体上的硅平台。该装置由一个脊形波导，设计用于维持空间扩展的单模和匹配的超准直光子晶体，这已被截断在其边界，以提高两个光子组件之间的阻抗匹配。三维模拟显示，在接近1.55微米的波长下，传输效率高达96%，反射率低于0.2%。这种方法构成了光子芯片上的超准直结构的集成的重要一步。
2008-01-14 physics.optics
Exceptional Point of Sixth Order Degeneracy in a Modified Coupled Resonators Optical Waveguide
利用改进的周期耦合谐振器光波导（CROW），首次在光波长为${λ_e} = 1550 nm$的多模光子晶体结构中发现了六阶异常简并点（EPD）.第六阶EPD是在不需要损耗或增益的情况下在CROW中获得的，并且这样的EPD对应于周期性光子结构的非常特殊的带边，其中六个本征模合并，因此我们将其称为第六阶简并带边（6DBE）。此外，我们还报道了一种新的由这种周期性的6DBE-CROW构成的光学腔的品质因数Q的标度律，其腔长为$Q{\propto}N^7$，其中$N$是周期性的有限长CROW中的单元格数。此外，我们详细介绍了6DBE在超低阈值激光器中的应用。我们提出了一种新的激光阈值的缩放比例的规律，作为$N^{-7}$当工作在6DBE附近。此外，我们显示的优势的阈值缩放的6DBE-CROW的缩放的另一个CROW具有相同的大小操作附近的第四阶EPD，这通常被称为退化带边（DBE）。DBE-CROW激光器的激射阈值缩放在这里首次显示。我们还讨论了高灵敏度的建议6DBE-CROW的扰动，可能会发现在传感器，调制器，光开关，非线性器件和Q开关腔的应用。
2020-04-24 physics.optics
Exceptional Point Generated Robust Asymmetric High-Order Harmonics
我们提出了一个金属硅系统，沿波导的长度调制的复杂的光学势的强大的高次谐波产生。对于右移场，当非厄米性的强度等于光学势的实部时，我们提出的系统中与模场振幅相关的动力学方程可以用Jordan形式的哈密顿量来描述.这最终将允许单向更高频率的产生，无论波导设计中的几何缺陷如何，对于波导的特定长度，该频率总是具有最大值。此外，所产生的高次谐波模式的相位变得与基频和高次谐波频率之间的耦合无关。与其他提出的时空调制系统时，系统具有约旦形式的哈密顿量，基本模式保持互易，而谐波产生是非互易的。因此，虽然所提出的装置不能用作光隔离器，但它可以用于许多其他装置，例如激光腔、干涉测量和全息工艺。
2022-01-19 cond-mat.other physics.app-ph physics.class-ph
Coupled-mode theory for non-periodic structured waveguides
本文提出了一种针对非周期结构波导的耦合模理论推广方法，通过引入考虑非周期性的矢量函数基构建耦合方程组，并定义了依赖 z 的串联阻抗与局域波矢。
2023-09-12 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
Frozen mode in an asymmetric serpentine optical waveguide
数值模拟了纵向对称性破缺的周期性蛇形波导中冻结模的存在。冻结模式与布洛赫色散关系的固定拐点（SIP）相关联，其中三个布洛赫本征模彼此崩溃，因为它是三阶的例外点。冻结模式区的特征在于消失的群速度和增强的场振幅，这在包括色散工程、激光器和延迟线在内的各种应用中可能非常有吸引力。导出了通过调整几个参数实现冻结模式的实用而简单的设计方程。给出了冻结模所特有的群延迟和品质因数随波导长度的变化趋势。讨论了与冻结模有关的简并例外点存在的对称性条件。
2022-06-03 physics.optics
Coherent Perfect Tunneling at Exceptional Points via Directional Degeneracy
Institute of Estuarine and Coastal Research, School of Ocean Engineering and Technology, Sun Yat-Sen University / Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai)（中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所/南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海））；State and Local Joint Engineering Laboratory of Estuarine Hydraulic Technology / Guangdong Provincial Engineering Research Center of Coasts, Islands and Reefs / Guangdong Provincial Key Laboratory of Marine Resources and Coastal Engineering / Guangdong Provincial Key Laboratory of Information Technology for Deep Water Acoustics / Key Laboratory of Comprehensive Observation of Polar Environment (Sun Yat-Sen University), Ministry of Education（河口水动力技术省部共建国家重点实验室培育基地/广东省海岸岛礁工程研究中心/广东省海洋资源与海岸工程重点实验室/广东省深水声学信息技术重点实验室/教育部极地环境综合观测重点实验室（中山大学））；Zhuhai Research Center, Hanjiang National Laboratory（汉江国家实验室珠海研究中心）；School of Marine Sciences, Sun Yat-Sen University（中山大学海洋科学学院）
该研究通过方向退化在例外点实现抗损耗的相干完美隧穿，揭示了在波系统中利用例外点实现稳健隧穿的机制。
2026-02-12 hep-ex physics.optics
Parity-Induced Exceptional Points with Localized Loss
Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas（阿拉戈阿斯联邦大学物理研究所）
研究揭示了光子晶格中异常点的谱分布规律，通过奇偶效应解释了偶数和奇数波导数组的谱行为差异，为设计稳健光学结构提供新思路。
2026-10-06 physics.optics quant-ph
Passive $\mathcal{PT}$-symmetry breaking transitions without exceptional points in dissipative photonic systems
在过去的十年中，宇称时间（$\mathcal{PT}$）的对称哈密顿已经在实验上实现了经典的，光学设置与平衡的增益和损失，或在量子系统与本地化的损失。在这两种实现中，$\mathcal{PT}$对称性破缺跃迁发生在非厄米哈密顿量的例外点，在那里它的本征值和相应的本征向量都重合。在这里，我们表明，在有损耗的系统中，$\mathcal{PT}$过渡是一种现象，广泛地发生，没有一个附带的例外点，是由潜在的中性和有损耗的区域之间的不对称性。考虑到实验上可实现的量子模型，我们研究了二聚体和三聚体波导配置与一个损耗波导。我们使用光束传播法分析验证紧束缚模型的结果。我们的结果为研究耗散光子结构中被动$\mathcal{PT}$跃迁和量子效应之间的相互作用奠定了坚实的基础。
2018-07-26 physics.optics
Guiding waves along an infinitesimal line between impedance surfaces
我们提出了一种新的电磁模式，在自由空间中并排放置的两个平面之间的界面处形成，有效地引导能量沿着无限小的一维线。结果表明，这种模式发生时，边界具有互补的表面阻抗，它是可能的，通过相应地改变它们的值来控制模式限制。该模式表现出奇异场增强，宽带宽，方向相关的偏振，和某些缺陷的鲁棒性。作为一个概念验证，在微波政权的实验结果提供使用图案化的导电片。然而，我们提出的基于有效介质的方法是通用的，从而允许潜在的实现到光频率。我们的系统是有前途的应用，包括集成光子学，传感，开关，手征量子耦合，和可重构波导。
2017-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nonlinearity Induced Anomalous Mode Collapsing and Non-chiral Asymmetric Mode Switching around multiple Exceptional Points
围绕二阶例外点（EP）的动力学包围和相应的手征驱动的非绝热模态动力学在各种非厄米特系统的拓扑研究中引起了极大的关注。然而，在多状态系统中，围绕多个二阶EP的动力学包围还有待探索。在这里，利用一个独特的设计的平面增益-损耗辅助三模支持光波导与本地克尔非线性，我们遇到多个二阶EP。明智地，选择一个特定的参数空间，通过改变不平衡的增益-损耗分布，我们同时包围多个EP，并探索光束动力学对相应的手性或非手性方面的设备。当通过设计的波导传播时，由于多个EP周围相应的非绝热修正，三个耦合模被塌陷为特定的主导模。即使在没有手性的情况下，在这里，对于波导的相同拓扑结构，相同量的聚焦和散焦型非线性给出不同的主导输出，而不管输入的选择如何。这种独特的拓扑鲁棒紧凑方案的非线性引起的非对称和非手性光动力学应该提供一个有前途的机会，切换或检索选择模式从集成器件中的多模信号。
2019-07-19 physics.optics
Extinction of guided light induced by coupled spiral meta-atom resonators at arbitrary order exceptional points
本研究通过全波模拟，在由耦合螺旋超原子谐振器构成的非厄米系统中，于任意阶奇异点处实现了导波光的近零透射消光，且消光带宽随奇异点阶数增加，为设计片上光学吸收器与传感器提供了新途径。
2024-02-08 physics.class-ph physics.optics
Exceptional Points in the Flatland: A Non-Hermitian Line-Wave Scenario
线性波是最近发现的沿两个方向局部化的波实体，因此可以被视为表面波的一维对应物。这些波可以在诸如超颖表面或石墨烯的低维材料的表面电抗和/或电阻的不连续处被支持。在这里，更广泛的一类非厄米表面阻抗结的研究，可以支持耦合线波，并允许调查不同的一维波导机制在一个统一的框架。理论上证明了在宇称时间对称条件下，在真正的平坦光学系统中可以出现例外点，从而赋予了这些波导系统以线波和例外点物理的吸引人的特征，并进一步阐明了这些系统中存在的相变。它还表明，所需的表面阻抗参数是兼容的光激发的石墨烯超颖表面在太赫兹频率的典型模型可达到的。除了提供额外的理解线波的物理学，这仍然是在其起步阶段，这些结果铺平了道路，在很大程度上未开发的领域的非厄米平坦光学有趣的发展，可能的应用范围从传感到激光和片上光信号处理。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
The infinity-loop microresonator: A new integrated photonic structure working on an exceptional surface
提出无穷环微谐振器，一种在例外面上工作的新型非厄米集成光子结构，可实现可调单向反射并兼具例外点与魔鬼点器件的传感特征。
2023-05-23 physics.optics
High-order exceptional points in supersymmetric arrays
我们采用交织算子技术来合成任意尺寸的超对称（SUSY）阵列$N$。在有效磁场作用下，合成的超对称体系等效于自旋$(N-1)/2$。通过考虑一个额外的虚磁场，我们得到一个广义的宇称时间对称的非厄米哈密顿量，它描述了一个超对称阵列的耦合谐振器或波导下的梯度增益和损耗;所有的$N$能级聚结在一个例外点（EP），形成各向同性高阶EP与$N$状态聚结（EPN）。在EPN附近，每个本征态的相位刚度的标度指数为$(N-1)/2$ ;对作用于谐振器或波导耦合的扰动$ε$的本征频率响应为$ε^{1/N}$。我们的研究结果揭示了纠缠算符技术在谱工程中的重要性，并为非厄米物理中的实际应用提供了依据。
2020-03-17 physics.optics quant-ph
Exceptional Point and Toward Mode Selective Optical Isolation
绝热理论中例外点（EP）的动力学包围和相应的时间非对称模演化特性是研究各种开放原子、分子和光学系统中奇异物理效应的关键。在这里，利用增益-损耗辅助的双模光波导，主机的动态EP包围计划，我们已经探讨了增强的非互易效应的光的动力学与发病的光学介质中的饱和非线性。我们提出了一种基于波导的隔离方案原型，该方案具有明智的非线性水平调谐，其中可以根据设备要求在任何所需方向上仅通过所选模式。EP的故意存在极大地增强了非互易传输对比度，甚至高达40 dB，在所提出的设备长度的范围内，进一步的可扩展性。这种独特的拓扑鲁棒模式选择性全光隔离方案无疑将为集成光子电路提供从外部源进行有效耦合操作的机会，并提高器件性能。
2019-04-16 physics.optics
Revisit the Poynting vector in PT-symmetric coupled waveguides
我们证明了在宇称-时间（PT）对称耦合波导中，时间平均的坡印廷矢量总是正的，并且不能解释在例外点（EP）处的停止光。为了解决这个悖论，我们必须接受这样一个事实，即非厄米特系统中的场E和H以及坡印廷矢量一般都是复的。在原有的瞬时坡印廷矢量定义的基础上，提出了一个计算群速度的公式，该公式与直接由色散曲线计算的群速度公式吻合得很好。它不仅解释了EPs处的停止光，而且解释了EPs附近的快光效应，填补了经典电动力学与非厄米物理之间的空白，突出了非厄米光学的新颖性。
2022-10-01 physics.class-ph physics.optics
Nonhermitian transport effects in coupled-resonator optical waveguides
耦合谐振腔光波导（CROW）具有有趣而有用的色散特性。在这里，我们研究在这些波导中的传输在一般情况下，每个谐振器是开放的和不对称的，即，是有漏的并且不具有镜面反射对称性。然后，每个单独的谐振器在顺时针和逆时针传播的波之间表现出不对称的后向散射，这与损耗相结合引起非正交本征模。在这种谐振器的链中，谐振器之间的耦合引起非厄米性的附加源，并且出现复杂的能带结构。我们表明，在这种情况下的群速度的波包不同的速度与概率密度通量，与差异所产生的非厄米修正赫尔曼-费曼定理。在现实场景中数值地探索这些特征，我们发现复杂的能带结构包括几乎实分支和复杂分支，它们由例外点连接，即，非厄米简并，在该简并处，不仅频率和衰减率合并，而且本征模本身也合并。在异常点周围的区域，群速度的非厄米修正最大。
2014-09-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Complex symmetric Hamiltonians and exceptional points of order four and five
从经典实验光学到量子力学的幺正系统和非幺正系统，在物理学的广泛背景下，出现了与参数空间中所谓的加藤例外点有关的有趣现象。本文提出了一种初等线性代数方法，并应用于三对角$N$类的$N$复对称玩具模型演化生成器$H=H(γ)$ .该方法的实现提供了新的模型与例外点$γ=γ^{(EP)}$的高阶。两个不同的应用领域预计在于（1）在非厄米（开放和封闭）系统的量子力学，和（2）在实验室中使用耦合的经典光波导模拟EP相关的影响。
2018-08-22 math-ph math.MP physics.optics
Non-Hermitian guided modes and exceptional points using loss-free negative-index materials
本文研究无增益、无损耗负折射率材料耦合波导中的导模，揭示不同于PT对称的反PT型非厄米效应，并讨论奇异点与慢光效应。
2023-03-28 physics.class-ph physics.optics
Topological Wave-Guiding Near an Exceptional Point: Defect-Immune, Slow-Light, Loss-Immune Propagation
在常规波导结构中以有限速度传播的电磁波被损耗区域中的不连续性和衰减反射。在这封信中，我们通过结合非厄米物理学和拓扑光子学的概念，彻底修改了这种典型的导波行为。为此，我们首次从理论上研究了在\emph{coupled topological modes in a non-Hermitian non-reciprocal waveguide}之间实现例外点的可能性。我们提出的系统由相反偏置的回转材料（例如，偏置等离子体或石墨烯层），具有平衡的损耗/增益分布。为了研究这个复杂的波导问题，我们提出了一个精确的分析，基于经典的格林函数理论，我们说明了耦合拓扑模式的行为和它们的非厄米简并的性质。我们发现，通过在异常点附近操作，我们可以实现异常拓扑波的传播，同时，低群速度，固有的免疫力反向散射在不连续性，和免疫力的损失。这些理论发现可能会打开令人兴奋的研究方向，并刺激进一步的调查，非厄米拓扑波导实现强大的波在实际情况下的传播。
2018-03-16 physics.optics
Universal coupler for bulk whispering gallery mode resonators based on silicon subwavelength grating waveguides
光学微谐振器在需要精细光谱滤波或谐振光再循环的光子电路中至关重要。关键性能指标随着所有应用中谐振品质因数（Q）的增加而提高。平面硅微谐振器的低品质因数（通常为Q~10^4-10^5）常常阻碍硅光子电路的性能。另一方面，体回音壁模式谐振器提供了具有有趣的光学特性和异常高的谐振品质因数Q> 10 ^7的广泛范围的材料。然而，体谐振器和平面Si光子波导之间的有效耦合被认为是具有挑战性的，如果不是不可能的话，由于尺寸和折射率的显著大的失配。在这里，我们展示了一种有效的方法来耦合体谐振器和硅波导的基础上亚波长超材料工程的硅。基于这种方法，我们实验证明了220 nm厚的Si波导与直径在0.3-3.5 mm范围内的二氧化硅、碳酸锂和氟化钙制成的体微谐振器之间的耦合，实现了75-99%的高耦合效率和10^6-10^7的优异Q值。这些结果为体谐振器和硅光子电路的异质集成开辟了一条新的途径，在传感，微波光子学和量子光子学等领域具有巨大的应用潜力。
2021-05-10 physics.optics
