Exceptional Point Dynamics in Photonic Honeycomb Lattices with PT Symmetry
我们从理论上研究了电磁波在具有局域PT对称性的复杂蜂窝光子晶格中的流动。这种PT结构通过蜂窝晶格上的增益或损耗的明智布置来引入,其特征在于增益/损耗参数γ。我们发现了一类新的圆锥衍射现象,其中形成的圆锥更亮,并且以与Sqrt(γ)成比例的横向速度沿晶格行进。
2011-12-20 physics.optics quant-ph
Non-Hermitian band topology with generalized inversion symmetry
非厄米集肤效应和例外点是以整数缠绕数为特征的拓扑现象。在这项研究中,我们给出的方法,从理论上检测趋肤效应和例外点,通过推广反演对称。反演对称性的推广是非厄米特系统所独有的。我们表明,奇偶的缠绕数可以确定从能量特征值的反转不变的动量广义反转对称时。绕组数的简单表达式使我们能够容易地分析非厄米特带中的趋肤效应和例外点。我们还演示了(二阶)皮肤效应和例外点的方法,通过使用格模型。
2021-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Symmetry-induced higher-order exceptional points in two dimensions
本文完整刻画了二维参数空间中由对称性诱导的高阶例外点,证明除EP2外仅EP3、EP4和EP5可稳定存在,并揭示了它们成对出现、伴随EP弧和开放费米结构等特征。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Observation of non-Bloch parity-time symmetry and exceptional points
宇称时间(PT)对称哈密顿量在非厄米物理学中有着广泛的意义。一个PT对称的哈密顿量可以表现出不同的相位,无论是实的还是复的本征谱,而之间的过渡点,所谓的例外点,产生了一系列的关键行为,具有很大的应用前景。对于空间周期性的非厄米系统,PT对称性通常根据布洛赫带理论来表征和观察,例外点位于布里渊区。在这里,在单光子的非幺正量子行走中,我们发现了一个超越这种普遍智慧的特殊点的新家族。这些“非布洛赫例外点”起源于边界附近的体本征态的积累,称为非厄米趋肤效应,并居住在广义布里渊区。我们的发现打开了通往一个广义PT对称性框架的途径,并揭示了PT对称性和非厄米趋肤效应之间有趣的相互作用。
2021-07-11 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Hopf Exceptional Points
Kyoto University(京都大学);Institute for Theoretical Physics, ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院理论物理研究所);Stockholm University(斯德哥尔摩大学);University of Zürich(苏黎世大学)
本文提出了一类受霍普夫不变量保护的霍普夫异常点,其具有独特的拓扑性质和对称性保护的多倍数异常点结构。
2026-01-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Higher-order exceptional points in composite non-Hermitian systems
该研究表明多个含领头阶例外点的非厄米系统经张量积复合后,可在无耦合条件下形成更高阶例外点,并给出其阶数、谱响应及纠缠态随时间解纠缠的效应。
2025-07-25 physics.optics quant-ph
Symmetry recovery of exceptional points and their dynamical encircling in a two-state system
例外点是非厄米特系统中的简并点。一个具有宇称时间对称性的两态系统通常只有一个例外点,超过这个点,本征模就会发生宇称时间对称性破缺。所谓的对称恢复,即,本征模再次变为PT对称,通常发生在多状态系统中。在这里,我们表明,一个两个国家的铁磁波导系统可以有一个例外的点和随后的对称性恢复,由于意外简并点的存在下,系统是无损的。通过引入两个例外点所在的参数空间,我们设计了一个系统,其中参数空间中的轨迹可以使用可调谐的外场原位控制,使我们能够通过包围零,一个或两个例外点来探索系统的拓扑和手征特征。我们进行了微波实验,以证明存在的例外点,对称性恢复,以及所产生的影响,从他们的动力学包围。
2017-05-14 physics.class-ph physics.optics
Higher-order exceptional point in a cavity magnonics system
我们建议在由两个小的钇铁石榴子石球中的基特尔模式耦合到微波腔模式组成的腔磁系统中实现伪厄米性。腔的有效增益可以利用两个输入光场的相干完全吸收来实现。在一定的参数约束下,系统的哈密顿量具有伪厄米性,其特征值可以是全实的,也可以是一个实值与另外两个实值构成复共轭对。通过改变两个Kittel模与腔模之间的耦合强度,我们发现在具有宇称时间对称性的系统中,除了存在通常的二阶例外点外,还存在参数空间中的三阶例外点。此外,我们表明,这些例外点可以证明通过测量腔的输出光谱。
2019-02-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exceptional Surfaces in PT-Symmetric Photonic Systems
非厄米特系统中的例外点最近被证明具有非平凡的拓扑性质,并引起许多奇异的物理现象。然而,迄今为止,大多数研究都集中在孤立的例外点或例外点的一维线。在这里,我们通过设计特殊点的二维曲面,大大扩展了特殊系统的空间,并发现对称性是保护这种特殊曲面的关键因素。我们构造它们使用保序非厄米变形的拓扑节点线,并分析相关的对称性,拓扑结构和物理后果。作为一个潜在的实现,我们模拟了宇称时间对称的3D光子晶体,并确实发现了特殊表面的出现。我们的工作铺平了道路,为未来探索系统的特殊点在更高的维度。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Revisiting the hierarchical construction of higher-order exceptional points
描述开放量子或波系统的非厄米哈密顿量的谱中的高阶例外点具有各种潜在的应用,特别是在光学和光子学中。然而,实验实现是出了名的困难。最近,Q. Zhong等人[Phys. Rev. Lett. 125,203602(2020)]已经引入了一种鲁棒构造,其中具有相同阶次的例外点的两个子系统的单向耦合一般导致阶次两倍的单个例外点。在这里,我们调查这一计划以不同的方式,通过利用所涉及的哈密顿量的无痕部分的幂零性。我们推广的计划,并推导出一个简单的公式的频谱响应强度的复合系统托管高阶例外点。讨论了它与子系统光谱响应强度的关系。此外,我们研究非一般扰动。最后用一个例子说明了结果。
2023-01-04 physics.optics quant-ph
Puiseux series about exceptional singularities dictated by symmetry-allowed Hessenberg forms of perturbation matrices
Shiv Nadar Institution of Eminence (SNIoE)(西夫纳德卓越机构)
本文提出一种系统框架,用于确定非厄米特系统中n阶例外点的性质,通过在Jordan正规基中表达保持对称性的扰动,证明扰动的上k Hessenberg结构直接决定了特征值和特征向量分裂为ε^{1/k}级。
2026-10-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Symmetry-protected topological exceptional chains in non-Hermitian crystals
在非厄米特系统中,缺陷带简并,即所谓的例外点(EP),可以在三维动量空间中形成鲁棒的例外线(EL)。在这里,我们表明,一个自然的取向可以分配给每个EL根据本征能量编织它周围,并证明了源无原则的EL作为一个推论的广义费米子加倍定理的EP在一个任意封闭的定向表面上,这表明,如果几个EL流入一个结,同样数量的流出EL从结必须存在。基于这一原则,我们发现了三种不同的机制,可以稳定的EL的连接,从而保证形成各种类型的例外链(EC)的保护下,镜像,镜像伴随,或${C}_2\mathcal{T}$对称性。此外,我们分析了厄米节线的无阈值扰动,并绘制出所有可能的EC配置,可以演变。通过对结构和材料的策略性设计,我们进一步展示了这些奇异的EC可以很容易地在非厄米光子晶体中观察到。我们的研究结果直接表明了空间对称性和拓扑结构对非厄米特奇异性的综合影响,并为操纵非厄米特晶体系统中EL的形态铺平了道路。
2022-12-11 cond-mat.mes-hall 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
Experimental observation of PT symmetry breaking near divergent exceptional points
标准例外点(英语:Standard exceptional points)是发生在开放系统中的非厄米简并点。在EP中,泰勒级数展开变得奇异并且无法收敛-这一特性被用于多个应用。在这里,我们从理论上介绍和实验证明了一类新的奇偶时间对称系统[实施使用射频(rf)电路],结合EP与另一种类型的数学奇点与极点的复杂功能。这些几乎发散的例外点可以表现出前所未有的大的特征值分歧超出了标准的EP。我们的研究结果为构建具有卓越性能的新一代遥测和传感设备铺平了道路。
2021-03-06 physics.app-ph physics.optics
Moving along an exceptional surface towards a higher-order exceptional point
本文将例外点理论推广至希尔伯特空间维数大于其阶数的情形,发现参数变化提升例外点阶数时其谱响应强度显著增强甚至发散,且不伴随能量本征值发散,并提出了精确鲁棒的数值计算方案。
2023-09-07 cond-mat.other physics.optics quant-ph
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
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
Exceptional Point modulated by Kerr effect in Anti-Parity-Time Symmetry System
相对于宇称时间(PT)对称性,反宇称时间(APT)对称系统由于其真实的频率分裂而表现出更容易的读出机制。通常,这样的系统需要在异常点(EP)操作以获得最佳性能。然而,APT对称系统在其EP上的严格定位条件限制了其实际应用。为了克服这个问题,我们提出了一个方案,利用克尔效应操纵APT对称位形的EP。它表明,通过自相位调制单独操作EP将阻止由外部扰动引起的频率分裂,而交叉相位调制可以增强可测量的扰动的响应。我们还研究了高光强引起的热效应,这可能会降低操纵EP的功率。该方案为基于APT对称性的器件制作开辟了一条新的途径。
2022-03-31 physics.optics
Origin of robust exceptional points: a restricted bulk zero mode
最近发现了一类对体相耦合无序不敏感的鲁棒异常点。在这里,我们表明,出现的差距时,在这个一维阵列中的耦合腔的数量从偶数到奇数的变化。鲁棒例外点只存在于前一种情况下,而在后一种情况下的例外点的位置与腔阵列的大小成反比,并受到体中的耦合无序。我们进一步证明了这两种情况下的例外点分别是二阶和三阶的。我们阐明了作为一个受限制的体零模式,它共享相同的鲁棒性对耦合无序和具有有限的振幅边界附近的强大EP的起源。这一发现使我们能够可靠地识别出高维系统中的鲁棒EP,这些EP可以存在于亚晶格对称性或从其演化而来的非厄米粒子-空穴对称性的存在下。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topologically Protected Exceptional Points and Reentrant $\mathcal{PT}$ Phase in an Exact Ternary Model
本文提出一个精确可解的三元 PT 对称模型,统一呈现重入 PT 相、高阶及各向异性例外点,并以新的拓扑指数揭示其共同起源。
2024-01-18 physics.optics quant-ph
Exceptional points in a topological photonic system
作为分支奇点的例外点描述了不遵守能量守恒的非厄米特系统的特殊退化。研究表明,拓扑光子系统中可能出现异常点,例如,拓扑光子波导与两个简并反向传播拓扑回音壁模式耦合。这种光子结构是由基于空气棒的晶体对称性保护拓扑光子绝缘体设计的。相关的例外点揭示了宇称-时间对称性的破缺,这反映在系统的光透射谱中的透射凹陷数的变化上。在拓扑光子系统中实现特殊点可能会为具有基于特殊点的独特性质和功能的鲁棒光学器件开辟一条新的途径。
2021-07-11 physics.optics
Unidirectional polarization beam splitters via exceptional points and finite periodicity of Non-Hermitian PT-symmetry
该研究利用非厄米 PT 对称有限周期结构及异常点,设计了一种非对称偏振分束器,可实现一线偏振光双侧全反射、正交偏振光单面透明。
2024-02-28 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
Braids and Higher-order Exceptional Points from the Interplay Between Lossy Defects and Topological Boundary States
研究Su-Schrieffer-Heeger链受有损缺陷扰动产生高阶例外点,揭示其源于例外线非阿贝尔辫子性质及边缘态与缺陷态杂化,展示了非厄米拓扑相的多带非阿贝尔拓扑性质。
2024-10-13 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Exceptional points of degeneracy and $\cal{PT}$-symmetry in photonic coupled chains of scatterers
证明了偶极散射体非厄米耦合链中周期本征态简并例外点的存在性。由这些结构支持的导模可以在它们的色散图中表现出EPD,其中两个或更多个布洛赫本征态在它们的本征向量和本征值中合并。我们展示了一个二阶模态EPD与宇称时间($\cal{PT}$)对称条件,在该条件下,双链中的每个粒子对表现出平衡的增益和损失。此外,我们还证明了四阶EPD发生在带边。这种简并条件以前被称为无损耗各向异性光子晶体中的简并带边。在这里,我们严格地表明它的增益和损失平衡的离散制导系统的发生。我们确定了一个更一般的制度的增益和损失的平衡表明,$\cal{PT}$对称性是没有必要实现EPD。此外,我们还研究了几何对称性或平衡条件被破坏时EPD的失谐程度。这些发现为优越的光定位和传输开辟了前所未有的途径,可应用于传感器,滤波器,低阈值开关和激光中的高Q谐振器。
2016-10-03 physics.optics
Scalable higher-order exceptional surface with passive resonators
由于频率分裂的非线性响应,高阶例外点可以有效地提高扰动传感的灵敏度。然而,实验实施是具有挑战性的,因为所有的参数需要精确地准备。异常表面的出现提高了系统对外界环境的鲁棒性,同时保持了系统的敏感性。在这里,我们提出了第一个可扩展的协议,实现光子高阶特殊表面与无源谐振器。通过在低阶ES光子系统中增加一个或多个附加的无源谐振器,构造了3阶或任意N阶ES,并在实验中证明了其易于实现。我们表明,灵敏度的提高和实验演示是对制造误差更具抵抗力。还研究了附加相位调制效应。
2021-06-15 physics.optics
Nonlinearity enabled higher-dimensional exceptional topology
在厄米特系统中,非线性对拓扑结构的作用已经得到了广泛的研究,而在PT对称非厄米特系统中,非线性仅被用作调谐旋钮。在这里,在我们的工作中,我们表明,非线性起着至关重要的作用,在形成非厄米特系统的拓扑奇点。我们提供了一个简单而直观的例子,通过理论和电路实验证明了一个例外的关系(EX),一个高阶例外点的混合拓扑不变(HTI),只有两个耦合谐振器的帮助下,非线性增益。通过构造相刚度来确定非线性系统的HTI,并通过实验验证了本征谱的各向异性临界行为。我们的研究结果导致非线性非厄米特系统的特殊拓扑结构的基本理解的进步,可能开辟新的应用途径。
2022-07-14 cond-mat.other cond-mat.quant-gas nlin.PS
Observation of anti-parity-time-symmetry, phase transitions and exceptional points in an optical fibre
近年来,在具有平衡增益和损耗分布的非厄米系统中出现的奇异物理引起了人们的极大关注。这些系统表现出相变和特殊的点奇异性,在其光谱,本征值和本征模式合并和整体维数降低。在特殊点观察到的几种奇特现象中,一个特别有趣的性质具有相关的实际潜力,包括对小尺度扰动的固有增强的敏感性。然而,到目前为止,这些原则已经实现了精确的制造和调谐要求的费用,涉及定制的纳米结构的设备与控制分布的光学增益和损耗。在这项工作中,反奇偶校验时间对称相变和特殊点奇点证明在一个标准的单模电信光纤的单股,使用的设置完全由现成的组件。两个传播信号通过受激布里渊散射放大和耦合,这使得该过程非厄米特,并能够精确控制增益和损耗。奇异响应周围的异常点和拓扑结构周围产生的奇异性的小变化的实验证明与大精度,使鲁棒性增强的频谱响应的布里渊频移的小尺度变化。我们的研究结果打开了令人兴奋的机会,探索非厄米现象的桌面设置,直接扩展到高阶哈密顿量和应用在量子光学,纳米光子学和传感。
2020-08-07 physics.optics
Chiral modes near exceptional points in symmetry broken H1 photonic crystal cavities
H1光子晶体腔支持正交线性偏振的两个简并偶极模式,当用$π$ / $2$相位差驱动时,这两个简并偶极模式可以产生圆偏振场。然而,制造误差往往会破坏腔的对称性,这会提高模式的简并性,使得腔不适合支持圆偏振。我们证明了数值,诱导腔模式中的手征性的计划,从而实现了腔,支持固有的圆偏振。通过选择性地改变腔体周围的两个空气孔,偶极模可以通过非对称相干后向散射(非厄米过程)相互作用。在适当的空气孔参数下,腔模接近例外点,在频率和线宽上合并,并产生接近于1的显著圆偏振。手性的手性可以根据改性的空气孔的选择来选择。我们的研究结果突出了使用H1光子晶体腔的应用,如谷电子学,自旋光子接口和产生具有明确定义的自旋的单光子的手性光物质耦合的前景。
2021-07-30 physics.optics
Square-Root Higher-Order Exceptional Points with Symmetry-Induced Multiple Spectral Responses
Peking University(北京大学);Shanxi University(山西大学);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室)
本文提出广义平方根方法,从n阶EP母哈密顿量构造手性对称EP_{2n+1}系统,实现多重光谱响应,为信号放大与检测提供普适平台。
2026-09-25 physics.optics
Exceptional Cones in 4D Parameter Space
近来,合成维数的概念将拓扑物理学的领域扩展到了四维空间。本文将非厄米性作为PT对称光子晶体的综合参数,研究了四维非厄米综合参数空间中的拓扑物理。我们在这样的四维参数空间中实现了一个三维例外超曲面(EHS),由于合成参数的对称性,退化点出现了。我们进一步证明了EHS上的例外退化点(EDP)的存在性,这源于例外点(EPs)的手征性,并且EDP附近的例外曲面表现出类似于Dirac锥的行为。我们进一步表明,一个非常狭窄的反射平台可以发现这些EDP附近,和他们的PT对称性破坏环境扰动的敏感性,可以使这些简并点在光学传感和许多其他非线性和量子光学应用。
2019-12-24 physics.optics
Optical Lattices with Higher-order Exceptional Points by Non-Hermitian Coupling
例外点(EP)是至少有两个能级及其相应本征态合并的开波系统中的简并点。在更高的维度,更复杂的EP物理没有发现在两个国家的系统被观察到。我们考虑了非厄米特耦合的四耦合光波导系统中多个EP的出现和相互作用,在相图中显示出独特的EP形成模式。此外,绝对相位刚度计算显示在确定的参数制度的不同状态的混合。我们的研究结果可能是潜在的重要发展进一步了解EP物理在更高的维度通过广义范式的非厄米耦合的新一代宇称时间(PT)设备。
2018-08-27 physics.optics
Graph-theoretical approach to the eigenvalue spectrum of perturbed higher-order exceptional points
本文提出图论视角研究高阶奇异点(n>2)本征谱的微扰行为,区分通用与非通用微扰,并以微环-波导系统为例解释非通用微扰及腔选择性传感的饱和效应。
2024-09-20 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Exceptional, but Separate: Precursors to Spontaneous Symmetry Breaking
本文通过三个非线性光学场景揭示自发对称性破缺与例外点并非必然重合,二者可在参数空间中分离出现,提示这种解耦可能反映更普遍的物理规律。
2025-05-05 math-ph math.MP physics.optics
Parity-Time Symmetry and Exceptional points: A Tutorial
不能用厄米哈密顿描述的系统的物理近年来一直吸引着人们的极大关注,这是由于它们的非平凡响应以及传感,激光,能量转移/收获,拓扑和量子网络的大量应用。电磁学本质上是一个非厄米特研究领域,因为所有材料都是有损耗的,损耗和增益分布可以通过各种机制控制,并且底层系统对辐射开放。因此,非厄米物理学的最新发展为与天线和传播社区相关的广泛的基础研究和工程应用提供了令人兴奋的机会。在这项工作中,我们提供了一个教程,旨在介绍非厄米特系统中出现的不寻常的电磁现象,特别强调这些系统的一个子类,遵守宇称时间(PT)对称性。我们将讨论这个主题背后的基本概念,并探讨它们对各种现象的影响。我们首先讨论了应用于电磁和量子力学现象的P、T和PT算符的基本特征。然后,我们讨论了PT对称电磁结构的奇异响应及其机会,特别注意奇异点,称为例外点,出现在这些系统中,以及它们不寻常的散射响应。
2021-03-15 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
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
Parametrically encircled higher-order exceptional points in anti-parity-time symmetric optical microcavities
本研究在反PT对称法布里-珀罗型微腔中实现高阶奇异点,通过参数环绕方案揭示三阶及以下奇异点的分支点行为,优化微腔设计,为光学超材料和新型光子器件研究提供新思路。
2024-05-16 physics.optics
Higher-order exceptional points in a multimode continuum optoacoustic system
Max Planck Institute for the Science of Light(马克斯·普朗克光科学研究所);Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg(埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学);Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité, Université de Toulouse, CNRS(图卢兹大学碰撞聚合反应实验室(CNRS));Leibniz University Hannover(汉诺威莱布尼茨大学)
本文通过开发非共振多模受激布里渊散射理论,提出了一种无需精细调谐即可实现任意阶对称诱导异常点的途径,并展示了实验实现。
2026-06-03 physics.optics
Symmetry-protected higher-order exceptional points in staggered flatband rhombic lattices
高阶例外点作为非厄米特系统谱中的多重简并点,引起了多学科领域的广泛关注。然而,由于系统对称性的严格要求,构造高阶EP仍然是一个挑战。在这里,我们表明,高阶EP可以明智地制造PT对称交错菱形晶格不仅引入现场增益/损耗,但也nonHermitian耦合。由于非厄米手征/亚晶格对称性,零能平带持续存在,并且在这些系统中出现受保护的三阶EP(EP 3),但是发生不同的相变和传播动力学。具体地,在现场增益/损耗的存在下,EP 3出现在布里渊区(BZ)边界处。单点激发在PT -破坏阶段显示指数幂增长。同时,一个几乎平坦的带时,施加一个小的晶格微扰。对于非厄米耦合的晶格,EP 3出现在BZ中心。非常值得注意的是,我们的分析揭示了一个动态的离域-本地化过渡的色散带的激发和四次幂的增加超过EP 3。我们的方案为研究高阶EP提供了一个新的平台,并可进一步扩展到与高阶EP相关的拓扑相变或非线性过程的研究.
2022-07-30 physics.optics
Parity-Time Symmetry Breaking in Coupled Nanobeam Cavities
研究了耦合纳米束腔系统中的宇称-时间对称(PT对称)破缺现象。一个例外的点,观察到在调整的增益/损耗和耦合强度的关系的紧密放置的纳米梁对。PT对称性概念可以应用于实现单向光传播和单模操作激光器,这可能允许在光子集成电路中利用光信号的新方法。另外,在这一特殊的异常点上工作,与传统的传感器相比,微扰动检测的灵敏度可以大大提高。
2015-11-27 physics.optics
Hierarchical construction of higher-order exceptional points
高阶例外点(HOEPs)的实现可以导致光-物质相互作用的数量级增强,超过目前的基本限制。不幸的是,在现有方案中实现HOEP是一项相当困难的任务,这是由于制造缺陷的复杂性和敏感性。在这里,我们介绍了一个层次的方法,工程光子结构的HOEP更容易建立和更有弹性的实验不确定性。我们证明了我们的技术的一个例子,涉及奇偶时间(PT)对称的光学微谐振腔与手性耦合之间的每个谐振器的内部光学模式。有趣的是,我们发现,在这个系统中实现HOEPs并不需要均匀的耦合分布-这一特征意味着HOEPs从无序中出现,并提供了对一些制造错误的弹性。我们的结果证实了使用全波模拟的基础上麦克斯韦方程在现实的光学材料系统。
2020-08-02 physics.optics
Dissipative Kerr solitons in a photonic dimer on both sides of exceptional point
例外点是一个普遍存在的概念,广泛存在于由非厄米哈密顿描述的驱动耗散耦合系统中。它的特点是哈密顿量的特征值的退化和相应的特征向量的合并。最近的发展表明,例外点可以在光子学中发挥重要作用。然而,到目前为止,例外点已被广泛研究的系统中只支持几个光学模式,从而离开集体(多模)效应的研究范围之外的观察。本文分析了例外点在非线性多模光子学中的作用。具体而言,我们提供的见解复杂的非线性动力学中产生的连续波驱动对强耦合的非线性微谐振器(即非线性光子二聚体)在多模制度。调查这个系统,这是已知的具有例外点,我们发现两个根本不同的非线性操作制度对应于有效的宇称时间对称和破宇称时间对称状态。我们证明,光子二聚体可以临界耦合到总线波导,从而提供了一个有效的产生的耗散克尔孤子的两侧的例外点。宇称时间对称的情况下,它对应于一对对称分裂的共振,最近已被证明表现出各种涌现的现象,包括齿轮孤子产生,对称性破缺,和孤子跳跃。在宇称时间对称破缺的情况下,耗散孤子的产生导致耗散分裂,迄今为止还没有被研究。
2021-01-22 nlin.PS 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
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
Chiral exceptional bound states in the continuum: a higher-order singularity for on-chip control of quantum emission
School of Integrated Circuits, Harbin Institute of Technology (Shenzhen)(哈尔滨工业大学(深圳)集成芯片学院);Key Laboratory of Quantum Materials and Devices of Ministry of Education, School of Physics, Southeast University(东南大学物理学院量子材料与器件教育部重点实验室);Institute for Quantum Science and Technology, National University of Defense Technology(国防科技大学量子科学与技术研究院)
利用手性异常本征态在连续谱中的高阶奇点,实现对量子发射的动态控制,提升集成量子光子电路的开关速度和寿命调控能力。
2026-03-06 physics.optics
Experimental observation of exceptional bound states in the continuum
Tongji University(同济大学);ITMO University(ITMO大学);Harbin Engineering University(哈尔滨工程大学)
本文实验演示了连续谱中的二阶和三阶奇异束缚态,通过非均匀固有损耗实现非厄米性,并独立控制损耗与耦合,为高阶奇异简并提供了无源互易途径。
2026-09-14 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Ultrasensitive Higher-Order Exceptional Points via Non-Hermitian Zero-Index Materials
该研究利用波干涉在非厄米零折射率材料中实现高阶奇异点,提出三通道模型产生三种第三阶奇异点,并在吸收奇异点附近展示超灵敏响应,为开放散射系统的高阶奇异点及先进传感应用开辟新途径。
2025-04-18 physics.app-ph physics.optics
Dynamically Encircled Higher-order Exceptional Points in an Optical Fiber
本文提出一种定制增益与损耗的三芯特种光纤,用于研究由两个EP2构成的三阶例外点的拓扑特性,揭示手性与非手性光传输行为,为全光纤光管理技术提供新思路。
2024-11-22 physics.optics
Observation of higher-order exceptional points in pseudo-Hermitian radio-frequency circuits
本研究在由三个电感耦合的增益-损耗-损耗LC谐振器构成的电子平台上观测到三阶伪厄米奇异点,其电容微扰下的灵敏度显著高于传统无线读出方法,为非厄米奇异点增强的无线传感系统提供了新的设计自由度。
2023-04-18 physics.app-ph physics.optics
Multi-dimensional parameter space of higher-order exceptional points induced by Brillouin optoacoustics
Max Planck Institute for the Science of Light(马克斯·普朗克光科学研究所);Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg(埃尔朗根-纽伦堡大学);Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité, Université de Toulouse, CNRS(图卢兹大学碰撞聚集反应实验室,法国国家科学研究中心)
利用多频布里渊散射在单模光纤中实验实现三阶奇异点,并通过多维参数扫描揭示其拓扑结构。
2026-08-05 physics.optics
Non-universality of quantum noise in optical amplifiers operating at exceptional points
基于特殊点的光放大器(EPOA)的概念最近被提出作为一种新的范例,用于在提高光放大器的增益带宽积的同时使其小型化。虽然这种新的放大器家族在经典域中的操作提供了明显的优势,但它们在量子域中的性能尚未得到评估。特别是,尚不清楚真空涨落引入的量子噪声将如何影响它们的操作。在这里,我们调查这个问题,考虑三个原型EPOAs结构,依赖于单向耦合,奇偶时间(PT)对称性,或粒子-空穴对称性实施例外点(EP)。通过使用海森堡-朗之万形式主义,我们计算了这些设备中的每一个增加的量子噪声,并将其与不涉及任何例外点的量子限制放大器方案进行比较。我们的分析揭示了几个有趣的结果:最值得注意的是,虽然某些EPOA的量子噪声可以与传统的放大器系统,在一般情况下,噪声不遵循一个通用的缩放作为例外点的函数,而是从一个实施到另一个不同。
2022-08-29 physics.optics
Robustness versus sensitivity in non-Hermitian topological lattices probed by pseudospectra
非Hermitian拓扑系统同时具有两个对立的特征:异常点引起的超灵敏性和拓扑零能模的鲁棒性,并且在不同的扰动下哪一个占优势还不清楚.我们研究了这个问题,通过应用伪谱理论的原型非厄米特SSH(NHSSH)晶格。拓扑模式是强大的手征扰动和宇称时间(PT)对称性保持扰动敏感。事实上,恰好在例外点处的手征对称性导致了其灵敏度的抑制,对应于一个低阶例外点。然而,与直觉相反,它们对非结构化扰动最敏感,留下相关高阶异常(HEP)点的指纹。
2022-03-04 physics.optics
Exceptional points in dielectric spheroid
在介质高折射率椭球体中考虑了谐振频率和谐振模式随纵横比的演化。由于旋转对称的球体的解决方案是分开的方位角指数$m$。通过折射率和纵横比的两倍变化,我们实现了例外点(EP),在该点处,谐振频率和谐振模式在TE和TM偏振的扇区$m=0$和$m=1$中合并。
2021-07-29 physics.optics