南开大学在PT对称光学领域取得新进展
发布时间: 2018-09-25 浏览次数: 13

摘自南开新闻网日前,南开大学物理科学学院金亮副教授与宋智教授合作利用单向破坏性干涉(unidirectional destructive  interference)展现出的独特非对称性,设计了不依赖入射方向的波传播以及单向激光发射,相关论文“Incident Direction  Independent Wave Propagation and Unidirectional Lasing”8月15日发表在物理学顶尖期刊《Physical  Review  Letters》(《物理评论快报》)上。该项研究可应用于光学集成器件,为新型吸收器、整流器、隔离器、调幅器等光操控器件及新型激光器的设计提供了全新的思路。

  时间反演对称保护光学互易性,然而为实现任意的光操控,破坏光学非互易性至关重要,这通常需引入光学非线性或者磁光介质。非线性系统的复杂性以及磁光材料的局限性限制了该领域的发展。因此,如何不依赖光学非线性和磁光媒介破坏光学互易性是一个富有挑战性的课题。PT(宇称-时间)对称光学开放系统提供了一个很好的平台,系统和环境间的能量交换可实现非互易的反射,然而还不能实现非互易的透射。

  金亮、宋智的研究工作基于单腔边耦合的谐振腔阵列设计了阿哈罗诺夫-玻姆干涉仪(Aharonov-Bohm  interferometer),干涉仪的合成磁场源于非对称的边耦合。利用合成磁通和入射波矢的匹配可实现单向破坏性干涉,这将导致波从相反方向入射时,出射波相位的对称被破坏;在边耦合腔中引入耗散或增益,又可破坏出射波几率的对称,光学互易性被彻底破坏。此单向破坏性干涉具有双向无反射的特性,因此可为光调制及操控的设计带来极大便利;可以方便地预言利用单向破坏性干涉作为基本单元组成的光学器件的功能。该工作设计了出射几率不依赖入射方向的光传播,展示了光学隔离、整流、单向吸收、单向激光发射等奇异功能。

  《Physical Review Letters》是美国物理学会(American Physical  Society)于1958年创办的物理学综合性期刊,属于物理学顶级刊物,主要发表重要的物理研究成果。2017年度该期刊影响因子为8.839。其前身《Physical  Review》 1893年创办于美国。

  该工作得到了国家自然科学基金以及天津市自然科学基金的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.073901