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使用锁模激光器实现和研究非厄米特拓扑物理

发布:HPLlaser阅读:106时间:2024-3-31 20:27:23

锁模激光器是先进的激光器,可产生非常短的光脉冲,持续时间从飞秒到皮秒不等。这些激光器被广泛用于研究超快和非线性光学现象,但它们也被证明可用于各种技术应用。

加州理工学院的研究人员最近一直在探索锁模激光器作为研究拓扑现象的平台的潜力。他们的论文发表在《自然物理学》上,概述了这些激光器在研究和实现新的非厄米特拓扑物理学方面的潜力,并具有各种潜在的应用。

“在过去十年中,利用光子器件的拓扑鲁棒性和拓扑保护的想法引起了人们的广泛关注,但这种行为是否能提供实质性的实际好处仍然不清楚,”该论文的主要作者Alireza Marandi告诉 Phys.org。

“我们一直在探索这个问题,特别是针对激光器和非线性光子器件,这些器件的功能本质上是非线性的。顺便说一句,拓扑物理学领域也在围绕拓扑和非线性的相互作用而发展,而这种探索的实验平台相对稀少。

Marandi和他的同事们最近研究的目标是双重的。一方面,他们希望为研究非线性拓扑行为开辟新的机会,另一方面,他们希望拓宽拓扑物理学在锁模激光器中的实际应用。

“从实验的角度来看,我们的平台是一个时间多路复用谐振器网络,它由长谐振器中的许多同步脉冲组成,”Marandi解释说。“脉冲可以使用精确的延迟线以可控的方式相互耦合。这使我们能够创建一个具有巨大灵活性的大规模谐振器的可编程网络。这在其他平台上并不容易。

在 2022 年发表的一篇较早的论文中,研究人员探索了大规模光子谐振器中的拓扑现象,但特别是在线性状态中。作为他们新研究的一部分,他们使用相同的谐振器来实现耦合锁模激光器。

该团队表明,这些激光器产生的脉冲模式可以从非厄米特和拓扑现象中受益。从本质上讲,他们创造了一种长腔、多脉冲、锁模激光器,并在其内部引入了一个结。

“我们实验方法的灵活性使我们能够研究拓扑和激光锁模的交叉点,并实现以前在光子系统中未得到证明的非厄米特拓扑物理学,”Marandi说。

“例如,我们发现非厄米特拓扑结构和我们系统的非线性动力学之间的协同作用在我们的锁模激光器中自发地产生了皮肤模式。这与线性非厄米特拓扑系统形成鲜明对比,在非厄米特拓扑系统中,必须用外部源探测皮肤模式。

Marandi和他的合作者最近的这项工作证明了锁模激光器在研究拓扑物理学方面的前景,而拓扑物理学迄今为止很难通过实验获得。此外,他们的研究可以激发锁模激光器用于开发新的传感、计算和通信技术。

此外,在他们的实验中,研究人员使用他们开发的激光来确认用于研究随机移动粒子行为的数学模型对无序诱导的定位的鲁棒性。虽然该模型之前已被广泛研究,但尚未在锁模光子平台上得到证明。

“具体到这一认识,我们进一步探索了Hatano-Nelson模型对无序诱导定位的鲁棒性,以及它如何能够设计出鲁棒的频率梳状源,”Marandi说。

“通常,这种对某物的鲁棒性之后是对其他事物的敏感性。 在他们的下一个研究中,Marandi和他的同事将尝试使用他们的方法来探索Hatano-Nelson模型作为具有增强灵敏度的传感器的使用。

此外,他们希望他们的研究能够激励其他团队尝试使用锁模激光器来研究拓扑物理现象。

“我们还相信,我们的平台可以成为探索大量不容易获得的非线性拓扑和非厄米特现象的沃土,”Marandi补充道。“我们感兴趣的一个例子是孤子形成和拓扑行为的相互作用。

来源:激光网

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