Pariteit-tijd-symmetrische fotonische en opto-elektronische systemen worden de laatste tijd intensief onderzocht, die aanzienlijke fundamentele fysica en technologische resultaten heeft opgeleverd. Een van de belangrijkste kenmerken van een PT-symmetrisch systeem is de doeltreffendheid ervan bij het selecteren van modi bij lasers in één modus, waarin gewoonlijk twee kruislings gekoppelde en ruimtelijk gescheiden resonatoren met identieke geometrieën worden gebruikt. Een PT-symmetrisch lasersysteem heeft een sterk verbeterd versterkingsverschil tussen de dominante modus en de zijmodi, waardoor single-mode oscillatie mogelijk wordt. Echter, strenge eisen leiden niet alleen tot een grotere structurele complexiteit, hoge kosten, en een sterke gevoeligheid voor verstoringen van het milieu, maar beperk ook de compactheid wanneer on-chip-apparaten vereist zijn.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een team van wetenschappers, geleid door professor Jiejun Zhang van het provinciale sleutellaboratorium van Guangdong voor optische vezeldetectie en communicatie, Instituut voor Fotonica Technologie, Jinan University heeft een nieuwe techniek voorgesteld die gericht is op het realiseren van PT-symmetrie in een enkele ruimtelijke resonator. Door de manipulatie van de polarisatie-afhankelijke respons van de ruimtelijke resonator, gelokaliseerde eigenfrequenties, verdienen, verlies, en koppelingscoëfficiënten van twee polarimetrische lussen gevormd door lichten van orthogonale polarisatietoestanden kunnen worden afgestemd om PT-symmetrie te bereiken. Het voorgestelde polarimetrische PT-symmetrieconcept opent nieuwe wegen voor de implementatie van niet-Hermitische fotonische systemen, waarin een verscheidenheid aan optische parameters, inclusief polarisatie, golflengte, transversale modus en optisch impulsmoment, kan worden gebruikt.

Als demonstratie, een fiberringlaser op basis van dit concept die stabiele en single-mode lasering ondersteunt zonder gebruik te maken van een high-Q optisch filter, is geïmplementeerd. Het PT-symmetrische systeem is geïmplementeerd in een enkele vezellus met polarimetrische diversiteit. In het experiment, de fiberringlaser heeft een holtelengte van 41 m met een modusafstand zo klein als 4,88 MHz. Het gebruik van polarimetrische PT-symmetrie maakt een effectieve onderdrukking van de zijmodi mogelijk met een onderdrukkingsverhouding van meer dan 47,9 dB. De lijnbreedte van het licht dat door de fiberringlaser wordt gegenereerd, wordt gemeten als 129 kHz met een golflengte-afstembaar bereik van 35 nm.

"In één enkele fysieke vezellus, de polarimetrische diversiteit wordt geïmplementeerd door de polarisatietoestanden van licht te regelen via polarisatiecontrollers. Een met erbium gedoteerde vezelversterker is ingebouwd om een ​​optische versterking te bieden. Door het verlies af te stemmen, versterking en koppelingssterkte van de twee polarimetrische modi, PT-symmetrie is geïmplementeerd, die kunnen worden waargenomen aan de hand van het uitgangsspectrum. Aangezien er slechts één fysieke lus nodig is, de implementatie is aanzienlijk vereenvoudigd, en de stabiliteit is sterk verbeterd."

"De gemeten laserlijnbreedte is 129 kHz, die wordt verbreed vanwege de hoge gevoeligheid van het systeem voor omgevingsverstoringen als gevolg van een lange vezel in de holte. Door die geluiden te onderdrukken met behulp van actieve holtestabilisatietechnieken of geïsoleerde lasersystemen, de lijnbreedte kan worden teruggebracht tot de Lorentz-lijnbreedte van 2,4 kH, ." voegden ze eraan toe.

"De gepresenteerde techniek biedt een nieuw concept voor het implementeren van PT-symmetrie in niet-ruimtelijke parameterruimte in fotonische systemen. Niet beperkt tot de polarimetrische parameterruimte, men kan dit concept overnemen door verschillende parameterruimten te construeren. Met vereenvoudigde fysieke structuren, dit voorgestelde concept is klaar om op andere gebieden te worden toegepast om de toepassing van het PT-symmetriemechanisme te bevorderen, ’ concluderen de wetenschappers.