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
Stopping light by an air waveguide with anisotropic metamaterial cladding
本文详细研究了具有空气芯和各向异性超材料包层的平板波导中的振荡模式。结果表明，在特定的介质结构下，这种空气波导可以支持慢波甚至停止的电磁波。我们提出了一个线性抽头波导结构，可以导致传播光完全停止。基于时域有限差分法的全波仿真结果验证了理论分析和所提出的波导。
2009-01-07 physics.optics
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
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
Anisotropic model for the fabrication of Annealed and Reverse Proton Exchanged waveguides in congruent Lithium Niobate
本文提出了一种在锂离子电池中制备退火质子交换波导和反向质子交换波导的各向异性模型。利用平面波导研究了Z切和X切基片中质子交换、退火和反向质子交换的各向异性扩散特性。利用该模型制作出了传输损耗低至0.086dB/cm的高质量通道波导，在1550 nm处与光纤的耦合效率为90%。预测了一组定向耦合器的分束比，精度为± 0.06。
2015-02-24 physics.optics
Realizing bending waveguides with anisotropic epsilon-near-zero metamaterials
我们研究了具有各向异性有效介电常数张量的异向介质，其中一个分量接近于零。我们发现，这种各向异性的超材料可以用来控制波的传播和构造几乎完美的弯曲波导与高传输率（>95%）。这种有趣的效应起源于输入和输出界面上的表面波的功率流重新分配，其与超材料波导内的传播模式平滑地匹配。我们还发现，在这种各向异性ε近零材料中的波可以被小尺寸的完美磁导体缺陷反射。数值计算证实了上述效应。
2012-03-05 physics.optics
Anisotropic Metamaterials Emulated by Tapered Waveguides: Application to Optical Cloaking
我们证明，需要各向异性介电常数和磁导率的超材料设备可以通过专门设计的锥形波导来仿真。这种方法可实现低损耗、宽带性能。基于这种技术，我们展示了在可见光频率范围内的宽带电磁隐身，其尺度比波长大100倍。
2009-04-01 physics.optics
Topologically protected photonic transport in bi-anisotropic meta-waveguides
我们提出了一种二维双各向异性元波导的设计，它表现出拓扑非平凡的光子相位和稳健的光子输运。所提出的结构表示由放置在平行金属板内的金属圆柱体的周期性阵列形成的波导，并且被设计为支持两对狄拉克锥，从而允许在凝聚态系统中模拟电子的自旋。结果表明，通过使亚波导具有双各向异性，可以模拟拓扑绝缘体中的自旋-轨道相互作用，并打开一个完整的光子拓扑带隙。第一性原理数值模拟表明，两个元波导与反向双各向异性之间的畴壁支持光子边缘状态对某些类别的结构缺陷，包括尖锐的弯曲和无序鲁棒。
2014-01-07 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
Dyakonov-like surface waves in anisotropic cylindrical waveguides
Dyakonov表面波是沿各向同性和各向异性介电介质之间的平面界面传播的表面电磁波的公知示例。在这里，我们研究的频谱和辐射损失的Dyakonov波在弯曲的界面考虑两种情况下的“正”和“负”的曲率各向异性介质。我们证明了Dyakonov波在平面界面上如何连续地转换为各向异性圆柱波导的漏模或导模，并简单地导出了辐射损耗的渐近方程。通过数值求解色散方程，验证了上述分析结果。我们相信我们的工作扩展了Dyakonov波在光学和光子器件中的潜在实际应用。
2019-12-27 physics.optics
Theoretical study on the stimulated Brillouin scattering in a sub-wavelength anisotropic waveguide: Acousto-optical coupling coefficients and effects of transverse anisotropies
对亚波长各向异性波导中的受激布里渊散射（SBS）进行了理论研究。考虑了波导材料的光学、光弹性和机械各向异性。首先，将SBS中由于光弹效应和运动界面效应引起的声光耦合系数的积分公式推广到光学各向异性波导中。然后，利用推广的公式，对具有强横观各向异性的椭圆纳米线中的SBS进行了数值模拟。在模拟中，弹性场的计算包括机械各向异性。在数值结果中发现了明显的强横向各向异性效应。最值得注意的是，一些弹性模式的SBS增益被发现是非常敏感的波导轴和主材料轴之间的小错位。详细的物理解释这一有趣的现象提供。这种有趣的现象意味着一种有吸引力的方式，更灵敏的SBS增益调谐，而不显着改变声子频率。
2017-09-21 physics.optics
Size and host-medium effects on topologically protected surface states in bi-anisotropic 3D optical waveguides
本文研究了在波矢空间中具有非平凡拓扑结构的双各向异性光波导的光学性质。我们推导出一个精确的解析描述的本征模的系统与任意参数，使我们能够调查拓扑保护表面态（TPSS）的细节。特别地，我们发现：（1）如果波导的半径由于方位波数的维度量子化而小于临界半径，以及（2）如果宿主介质的介电常数超过临界值，则波导上的TPSS将消失。有趣的是，我们还发现，在某些几何形状的波导中的TPSS具有负折射。我们已经找到了一个TPSS相图，这将铺平道路的发展拓扑波导的光互连和设备。
2018-02-07 physics.optics
Experimental Verification of Below-Cutoff Propagation in Miniaturized Circular Waveguides Using Anisotropic ENNZ Metamaterial Liners
本文提出了实验验证的低于截止传输通过小型化波导的内部涂有一个薄的各向异性超材料衬垫具有ε-负和近零（ENNZ）的属性。这些内衬是使用一个简单的，印刷电路实现电感负载线的基础上，并引入了低于自然截止频率的HE $_{11}$模式。包含的内衬示出，以大大提高两个嵌入式屏蔽环源之间的传输。均匀化计划的开发，以表征内衬的各向异性的有效介质参数，这是准确地描述了一组频率降低截止。讨论了内衬波导的制作方法，实验结果与模拟结果吻合较好。
2015-10-26 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
Unidirectional guided resonances in anisotropic waveguides
我们表明，各向异性平面反导波导结构的两个辐射通道对周围的包层材料可以支持单向引导谐振（UGR），其中辐射被取消的辐射通道之一，并重新定向到其他。它们的形成是微妙的，因为它需要打破所谓的极性各向异性对称的结构。然后，UGR出现在特定的波长和光传播方向，是鲁棒的，并且其特征在于其中辐射被抵消的通道中的相位奇异性。我们所描述的机制允许准备选择的辐射方向，以及调谐的波长和传播角在UGR发生。
2021-05-18 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
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
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
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
TE and TM Modes in Metallic Waveguide Filled With a Lossless and Fully Anisotropic Medium
本文给出了填充均匀、各向异性、无耗介质的金属波导中存在纯TE模和TM模的条件。该条件是完全各向异性介质的介电常数和磁导率张量之间的关系。文中给出的理论是经典电磁波导理论的推广。最后，我们利用商业软件COMSOL Multiphysics模拟了填充均匀、各向异性、无损耗介质的金属波导问题。数值实验表明，文中所支持的条件确实证实了各向异性波导中纯TE模和TM模的存在。
2023-02-10 physics.class-ph physics.optics
Light tunneling inhibition and anisotropic diffraction engineering in two-dimensional waveguide arrays
我们解决了二维波导阵列，其中光隧穿到相邻的波导可以有效地抑制在适当的频率在相邻波导的折射率的异相谐波调制。真正的二维功能，如各向异性衍射工程，沿选定的方向在横向平面和隧道抑制多通道涡流的无衍射传播，示出发生。
2009-08-25 nlin.PS physics.optics
Nanowire waveguide made from extremely anisotropic metamaterials
本文给出了各向异性圆柱波导中所有波传播模式的精确解。导出了波导上能流的封闭表达式。对于横向介电常数为负而纵向介电常数为正的极端各向异性波导，只有横向磁（TM）和混合模式将在波导上传播。在任何给定的频率，波导支持无限数量的本征模。在TM模式中，最多只有一种模式是前向波。其余的是可以具有非常大的有效折射率的后向波。在临界半径处，波导支持具有零群速度的简并前向和后向波模式。这些波导可以用作移相器和滤波器，也可以用作光学缓冲器来减慢和捕获光。
2008-04-28 physics.class-ph physics.optics
Integrated Photonic Functions Using Anisotropic 2D Material Structures
基于二维材料的等离激元波导能够形成限制在几层材料周围的导模，是用于光子器件小型化的有前途的等离激元平台。尽管如此，这样的波导支持在波导芯中瞬逝的模式，其中大部分场集中在波导边缘周围，这与由3D电介质波导支持的模式不同，在3D电介质波导中，模式场具有振荡性质并且在中心处达到峰值。因此，可以在基于全内扩散模式的3D电介质波导内实现的许多光子器件和功能不能使用基于2D材料的等离子体结构来实现。在这项工作中，我们提出并演示了如何利用二维材料中的各向异性来定制二维材料波导支持的模式场。通过调节构成2D材料的材料吸收，这些2D模式的模式场可以被定制为围绕波导中心定位，这进而可以提高使用2D材料的基于耦合的光子功能的效率，从面内多模干涉耦合器到面外光辐射。使用诸如黑磷的天然各向异性2D材料，这些关键功能可以扩展通常在3D光刻中但使用2D材料实现的现有设备能力，从而允许实现2D等离子体电路而不需要依赖于3D层。
2021-12-14 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
Modes and exceptional points in waveguides with impedance boundary conditions
考虑了由非理想金属板构成的具有阻抗边界的平面波导，其中填充有有源或无源介质。我们展示了在介质中加入均匀泵浦时选择性导模和放大的可能性，并分析了TE模和TM模传播的差异。这样一个非保守的系统也示出功能例外点，为特定的和实验可调参数，这是一个特定的透明电介质的情况下描述。
2016-09-09 math-ph math.MP physics.class-ph
Anisotropic Van der Waals 2D GeAs Integrated on Silicon Four-Waveguide Crossing
面内光学各向异性在广泛的平面光子器件中对光的操纵起着关键作用。在这项研究中，利用多层2D GeAs的强各向异性来验证片上光管理的技术可行性。一个2D的GeAs被冲压成一个超紧凑的硅波导四路交叉优化操作在O-光学波段。测得的光学透射光谱表明面内晶体光轴之间存在显著差异，衰减比为~ 3.5（在1330 nm处）。此外，GeAs晶体取向对电光传输性能的影响在直波导上进行了演示。与具有平行于光偏振的晶体a方向的器件相比，对于构造有交叉方向的器件，记录到响应度显著降低50%。这种非同寻常的光学各向异性，结合2D GeAs的高折射率~ 4，为光子器件中的高效片上光操纵提供了可能性。
2022-12-02 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
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
Anisotropic Metamaterial Optical Fibers
内部物理结构可以极大地改变波导的特性：光子晶体光纤能够通过周期性孔阵列的布拉格散射将光限制在中空空气芯内，而用于微波的超材料加载波导可以支持远低于截止频率的传播。组装成圆柱对称几何形状的各向异性超材料构成了支持新型奇异模式的光导结构。阳极化纳米多孔氧化铝的微管（具有从内壁向外表面径向发散的纳米孔）是这种各向异性超材料光纤的表现。当填充有等离子体金属（诸如银或金）时，纳米孔极大地增加了电磁各向异性。各向异性圆波导中的模式解可以是不常见的虚阶贝塞尔函数。
2017-01-25 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
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 points in anisotropic planar microcavities
平面微腔允许控制和操纵自旋极化，表现在由于固有极化模式分裂而引起的光学自旋霍尔效应等现象中。在这里，我们研究了一个透明的旋转对称性破缺的微腔，实现了在腔平面的单轴腔材料的光轴对齐。我们表明，在平面内的光学各向异性引起的例外点的色散关系，这发生成对的，圆偏振，是偏振涡旋的核心。这些例外点是系统的非厄米特特性的结果，并且与吸收双轴系统中的奇异光轴密切相关。
2016-09-24 physics.optics
Analytical Investigation of Magneto-Plasmons in Anisotropic Multi-layer Planar Waveguides Incorporating Magnetically Biased Graphene Sheets
本文提出了一种新的分析模型的各向异性多层结构的磁偏置石墨烯片。多层结构由各种磁性材料组成。施加垂直于结构表面的外部磁场。每个具有各向异性导电率张量的石墨烯片被夹在两个相邻的磁性材料之间。我们的模型被用来寻找结构的色散关系。现在，获得结构的等离子体特征，例如有效折射率和传播损耗是简单的。已经研究了四个示例性结构变体，以显示关于相关的特定等离子体波现象和效应的所提出的一般结构的丰富性。这些方面是必不可少的，以形成我们的结构设计平台，提出新的等离子体器件，如生物传感器，调制器，吸收器，透明电极，和可调超材料在太赫兹频率。一个非常好的协议之间的分析和全波模拟结果。
2021-03-21 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
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
Observation of two-dimensional surface solitons in anisotropic waveguide arrays
我们报告的实验观察到的二维表面波定位在边缘或角落的飞秒激光写入的波导阵列在熔融石英。增加输入光束的功率允许人们观察到从线性衍射图案到局部非线性表面状态的清晰过渡，该局部非线性表面状态仅在一定功率阈值以上存在于界面处。
2007-04-29 nlin.PS physics.optics
Classical and quantum electromagnetic momentum in anisotropic optical waveguides
Paderborn University（帕德博恩大学）；Institute for Photonic Quantum Systems (PhoQS), Paderborn University（帕德博恩大学光子量子系统研究所）
研究各向异性光学波导中经典和量子电磁动量的关系，通过正交条件建立动量与能量正交性的联系，为光子电路中电磁场的量子化提供理论基础。
2025-12-18 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
Spatial nonlinearity in anisotropic metamaterial plasmonic slot waveguides
研究了由具有正克尔型非线性的各向异性材料芯和两个半无限金属区域构成的等离子体缝隙波导的主要非线性解。首先，我们表明，对于一个高度各向异性的对角椭圆形核心，非对称模式的分叉阈值从GW/m的各向同性的情况下的阈值降低到50 MW/m的一个表示强烈增强的空间非线性效应，和非对称模式的色散曲线的斜率保持正值，至少在分叉附近，这表明一个稳定的模式。其次，我们表明，对于双曲的情况下，没有物理意义的非对称模式，有效的非线性的符号可以成为负的。
2016-09-06 nlin.PS physics.optics
From unexceptional to doubly exceptional surface waves
一个特殊的表面波可以在一个孤立的方向上传播，当被两个均匀的介电伙伴介质，其中至少有一个是各向异性的平面界面引导时，提供的伙伴介质的本构参数满足一定的约束。异常表面波与普通表面波的区别在于它们的局部化特征：在各向异性伙伴介质中的异常表面波的场作为与界面距离的组合线性指数函数衰减，而对于普通表面波，衰减是纯指数的。如果两个伙伴介质是各向异性的，那么对于一个孤立的传播方向可以存在一个双重例外表面波。这两个伙伴介质中的波的衰减是由一个组合的线性指数函数的距离界面。
2020-06-22 physics.optics
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
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
Sub-diffraction light propagation in fibers with anisotropic dielectric cores
我们提出了一个详细的研究，光在波导中的各向异性超材料的核心。我们证明，在传统的光纤相比，我们的结构支持自由空间的传播模式，即使当波导半径远小于波长。我们开发的分析形式主义来描述模式的结构和传播在强各向异性系统和波导边界和材料成分相关的影响进行了研究。
2006-05-04 physics.gen-ph physics.optics
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
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
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
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
Magneto-Plasmons in Grounded Graphene-Based Structures with Anisotropic Cover and Substrate
本文的目的是研究具有各向异性覆盖层和衬底的各向异性石墨烯纳米波导中的磁等离子体激元。衬底由理想电磁导体（PEMC）层支撑，理想电磁导体层是一般的理想边界，其可以容易地转换为理想电导体（PEC）或理想磁导体（PMC）边界。石墨烯片的上层和底层由不同的磁性材料制成。外部磁场垂直于结构表面施加，其可由放置在接地平面下方的永磁体提供。因此，石墨烯片具有各向异性的电导率张量。提出了一种新的解析模型来求解一般纳米波导的传输特性。作为所提出的一般结构的特殊情况下，两个重要的新波导已被引入和研究，以显示，第一，所提出的一般纳米波导的丰富性有关的特定等离子体波现象和效果，第二，所提出的模型的有效性和高精度。分析结果与仿真结果吻合良好。结果表明，所提出的结构的模式特性可以有效地调整通过外部磁场和石墨烯的化学势。利用各向异性材料和石墨烯片的非互易效应，所提出的分析模型可以用于设计THz频率的可调谐创新器件。
2021-03-15 physics.optics
