近日，中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室研究人员通过精确地操纵两个振荡腔的增益和损耗之间的相互作用，理论分析并实验观察了具有两个相互耦合的有源振荡腔的光电振荡器（OEO）中宇称-时间（PT）对称性。该研究成果以"Observation of parity-time symmetry in microwave photonics"为题发表在《Light: Science & Applications》上。

对称性在探索自然规律中起着至关重要的作用。宇称-时间(PT)对称现象可以在非厄米系统中产生完全真实的光谱，这些现象为操纵振荡模式和非互易信号传输提供了一种新的手段，在光学和电子学领域引起了广泛的关注。微波光子学是一个潜在的新应用领域，是微波与光信号相互作用的交叉学科领域。文章中，作者报告的实验使用PT对称性的光电振荡器，这个关键的微波光子学系统，它可以产生高光谱纯度的单频正弦信号。通过精确地操纵两个振荡腔的增益和损耗之间的相互作用，从理论上分析和实验观察了具有两个相互耦合的有源振荡腔的OEO中的PT对称性。稳定的单频微波振荡无需任何光/电滤波器进行振荡方式的选择，这是传统微波振荡系统中不可缺少的要求。这一观测为微波光子学中基于PT对称性原理的信号产生和处理开辟了新的途径。

图1 PT对称激光器和光电振荡器简图。（a）PT对称激光器原理图（b）无高品质因数滤波器双环OEO简化原理图（c）PT对称OEO的详细原理图

图2 不同的PT对称相位理论值。（a）无高品质因数滤波器单环OEO振荡 （b）无高品质因数滤波器情况下两个相同环路长度的耦合OEO振荡（c）两个耦合的PT对称OEO振荡（d）增益环和损耗环不均衡情况下振荡

图3 不同条件下环路1输出的实验结果。（a）单环时产生跨度2 GHz的多模频谱（b）两个环路中增益大于损耗时，产生跨度2 GHz的传输多模频谱（c）PT对称OEO振荡，单模频谱出现并稳定在4.0703 GHz，边模抑制比超过55 dB，频率跨度为2 GHz，其中8.14GHz和12.21GHz是系统中非线性效应引起的单模倍频（d）随着环路2的损耗增加，频谱上该系统退化为多模的单回路

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