Η αυγή των μη-ερμαϊκών οπτικών . [1]

Σχόλιο | ΑΝΟΙΓΜΑ | Που δημοσιεύθηκε:29 Μαρτίου 2019 Η αυγή των μη-ερμαϊκών οπτικών Ο Ράμι Ελ-Γκαίνι ,Mercedeh Khajavikhan ,Δημήτριος Ν. Χριστοδουλίδης &Σαχίν Κ Ozdemir Φυσική επικοινωνιών τόμος 2 , αριθμός άρθρου: 37 ( 2019 ) | Κατεβάστε την παραπομπή Αφηρημένη Τα τελευταία χρόνια σημειώθηκε τεράστια πρόοδος στις θεωρητικές και πειραματικές εφαρμογές της μη-ερμαϊκής φωτοσύνθεσης, συμπεριλαμβανομένων των οπτικών συστημάτων όλων των ζημιών καθώς και των συμμετρικών συστημάτων ισοτιμίας που αποτελούνται τόσο από την απώλεια όσο και από το κέρδος. Αυτή η πρόοδος έχει οδηγήσει σε μια σειρά νέων ενδιαφερόντων αποτελεσμάτων στη φυσική των αλληλεπιδράσεων ελαφριάς ύλης με πολλά υποσχόμενες εφαρμογές στις οπτικές επιστήμες και στη μηχανική. Σε αυτό το σχόλιο, παρουσιάζουμε μια σύντομη προοπτική για τις εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα και συζητάμε πιθανές μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας που μπορούν να επωφεληθούν από την έννοια της μη-ερμαϊκής μηχανικής. Εισαγωγή Η έννοια της μη-ερμαϊκής ισοτιμίας (ΡΤ) συμμετρικών συμμετρικών Hamiltonians που έχουν πραγματικά φάσματα αρχικά σχεδιάστηκε στο πλαίσιο της κβαντικής φυσικής 1 , 2 . Η εισαγωγή αυτής της έννοιας αργότερα στην οπτική 3 , 4 , οδήγησε σε έκρηξη ερευνητικών δραστηριοτήτων με στόχο την εξερεύνηση ορισμένων από τα εξωτικά χαρακτηριστικά που εμφανίζονται από τέτοια μη συντηρητικά συστήματα. Γενικά, τέτοιες διαμορφώσεις μπορούν να συντίθενται με την καθιέρωση μιας ομοιόμορφης κατανομής στο πραγματικό μέρος του δείκτη διάθλασης, ενώ παράλληλα επιβάλλεται ένα αντισυμμετρικό προφίλ κέρδους / απώλειας, που συνδέεται με το φανταστικό μέρος του δείκτη διάθλασης. Για παράδειγμα, παρά το γεγονός ότι δεν είναι ηρμητιανή, οι PT συμμετρικές φωτονικές δομές μπορούν να παρουσιάσουν είτε εντελώς πραγματικά φάσματα είτε σύνθετα ζεύγη συζευγμένων ιδιοτιμών. Στο πρώτο καθεστώς, οι eigenstates σέβονται επίσης την συμμετρία PT (δηλαδή, το σύστημα βρίσκεται σε μια ακριβή φάση PT) ενώ στην τελευταία, η συμμετρία PT είναι σπασμένη με τις οπτικές εντάσεις που σχετίζονται με τα eigenstates να είναι πιο συγκεντρωμένες είτε στο κέρδος είτε στο περιοχή απώλειας 4 . Η ικανότητα σχεδιασμού και υλοποίησης των φωτονικών συστημάτων που λειτουργούν σε αυτούς τους τομείς έχει οδηγήσει σε νέα δυναμική του φωτός και ασυνήθιστα οπτικά φαινόμενα, όπως η μονοκατευθυντική αόρατο 5 , 6 , η αυτοκαταληψία 7 , 8 και οι σύνθετες ταλαντώσεις Bloch 9 , 10για να αναφέρω μόνο μερικούς. Πέρα από την επιστημονική περιέργεια, η συμμετρική φωτονική PT ανοίγει το δρόμο για νέες τεχνολογικές καινοτομίες. Για παράδειγμα, η συμμετρία PT μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μηχανική επεξεργασία των φασματικών ή χωρικών ιδιοτήτων της εκπομπής λέιζερ 11 , 12 , 13 , 14 , 15 . Η έντονη ερευνητική δραστηριότητα γύρω από την συμμετρία PT στην οπτική 16 , 17 , 18 , 19 , 20 με τη σειρά της οδήγησε στο γενικότερο πλαίσιο της μη-ερμαϊκής φωτονικής που επιδιώκει να χρησιμοποιήσει μια συνετή μηχανική της αλληλεπίδρασης μεταξύ κέρδους, απώλειας και οπτικής κατανομής ευρετηρίου προκειμένου να επιτευχθούν νέες λειτουργίες. Ενώ η έννοια της συμμετρίας ΡΤ απαιτεί την ύπαρξη κέρδους στο σύστημα για να αντισταθμίσει τις απώλειες, η μη-ερμαϊκή φωτονική δεν βασίζεται απαραίτητα στην παρουσία κέρδους. Η μη-ερμητικότητα καλύπτει όλα τα ανοικτά φυσικά συστήματα, ανεξάρτητα από την παρουσία ή την απουσία ενίσχυσης, συμπεριλαμβανομένων ρυθμίσεων μόνο για ζημίες. Μη-ερμαϊκή εργαλειοθήκη οπτικών Αυτές οι νέες γενικές έννοιες επεκτείνουν αυτήν την περίοδο την εργαλειοθήκη της φωτονικής εκμεταλλευόμενοι το περίπλοκο τοπίο δείκτη διάθλασης εμπλουτίζοντας έτσι τον χώρο παραμέτρων σχεδιασμού (βλ. Σχήμα 1 ). Είναι σημαντικό ότι πολλές πλατφόρμες, που κυμαίνονται από τις διατάξεις κυματοδηγού / κοιλοτήτων 4 , 11 , 21 και τις οπτικές ίνες 22 έως το μετα-υλικό 6 και τα συστήματα μικροκυμάτων 23 , είναι άμεσα διαθέσιμες για την οικοδόμηση μη-ερμαϊκής φωτονικής. Αυτό ανοίγει την πόρτα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και μελλοντικών τεχνολογιών όπως οπτικοί αισθητήρες 24 , 25 , microlasers 11 , 12 , μη αμοιβαία διάδοση φωτός26 , τηλεμετρία 27 και μικροσκοπική θερμική χαρτογράφηση 28 . Εικ. 1 Εικ. 1 Φωτονική μη-ερμαϊκή. Η μη-Hermiticity επεκτείνει την εργαλειοθήκη για την ολοκληρωμένη φωτονική, διευρύνοντας το χώρο παραμέτρων στον περίπλοκο τομέα (κίτρινες και ιώδες περιοχές κατά μήκος του θετικού / αρνητικού άξονα ε i που αντιπροσωπεύουν απώλεια ή κέρδος)