Onderzoekers van de University of Central Florida maken deel uit van een team dat voor het eerst de fijne kneepjes heeft onthuld van hoe licht zich gedraagt ​​in geavanceerde dynamische optische systemen met configuraties die bekend staan ​​als niet-Hermitische arrangementen.

In niet-Hermitische systemen creëren toegestane energiewaarden zichzelf kruisende oppervlakken met een unieke topologie en vertakkingspunten, die bekend staan ​​als uitzonderlijke punten. De oppervlakken kruisen elkaar in een twist, aangeduid met een uitzonderlijk punt.

Het team ontdekte dat de topologie van een energie-oppervlak in een niet-Hermitiaanse opstelling meer een rol speelt in hoe licht zich gedraagt ​​in een in de tijd evoluerend systeem dan strikte kronkeling rond een uitzonderlijk punt. Dit omvat gedragingen zoals chirale statusoverdracht, waarbij een uitvoerstatus is vergrendeld in de richting van de wikkeling, met de klok mee of tegen de klok in.

De bevindingen, die onlangs werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature , zou de ontwikkeling van nieuwe mechanismen voor lichtmanipulatie kunnen stimuleren en diepgaande implicaties kunnen beloven voor technologieën zoals geminiaturiseerde en robuuste lasers en zeer nauwkeurige op licht gebaseerde sensoren.

De onderzoekers deden hun waarnemingen door een nieuwe en veelzijdige fotonische emulator te bouwen waarmee ze de evolutie van gepulseerd laserlicht in het systeem konden volgen wanneer het langzaam langs een gesloten pad in de buurt van een uitzonderlijk punt varieerde.

"Het gerealiseerde optische emulatieplatform kan worden gebruikt om enkele van de meest verbijsterende fysieke verschijnselen in de natuur te modelleren", zegt medeauteur Mercedeh Khajavikhan, hoogleraar natuurkunde en elektrotechniek en computertechniek aan de Universiteit van Zuid-Californië.

De experimentele waarnemingen dagen eerdere demonstraties uit, maar ondersteunen recente theoretische voorspellingen van Khajavikhan en co-auteur van de studie Demetrios Christodoulides, de Cobb Family Endowed Chair en Pegasus Professor of Optics aan de CREOL van de University of Central Florida, The College of Optics and Photonics.

Hun voorspellingen hebben aangetoond dat de uitvoer van een niet-Hermitiaans optisch systeem - ongeacht de invoer - naar een van de twee vooraf gedefinieerde toestanden wordt geleid, afhankelijk van de richting waarin een gesloten traject dynamisch plaatsvindt in de buurt of rond een uitzonderlijk punt .

"Andere studies hebben alleen gekeken naar wat er gebeurt in de input en output van het systeem", zegt de hoofdauteur van de studie, Hadiseh Nasari, een postdoctoraal medewerker aan de University of Southern California en UCF's CREOL, The College of Optics and Photonics, waar de werk werd verricht. "Ze konden niet zien wat er in de loop van het proces gebeurde."

"Onze emulator is vrij veelzijdig in termen van de mogelijkheid om de dynamiek van niet-Hermitische systemen daadwerkelijk te volgen en erin te verdiepen, dicht bij een uitzonderlijk punt", zegt ze.

Christodoulides zegt dat het fundamentele werk een grote stap is in de richting van het benutten van het potentieel van deze systemen.

"Door de onderliggende fysica van niet-Hermitische systemen beter te begrijpen, kunnen we de variaties van energieverlies en -winst ontwikkelen die nodig zijn voor de realisatie van geïntegreerde maar efficiënte en krachtige optische technologieën", zegt Christodoulides.

Khajavikhan merkt de technische vaardigheid op die nodig was om het onderzoek uit te voeren en de toekomstige onderzoeksmogelijkheden die het opent.

"Dit uitdagende werk werd geleid door drie vrouwelijke postdocs en afgestudeerde studenten:Hadiseh, Gisela Lopez-Galmiche en Helena E. Lopez-Aviles", zegt Khajavikhan. "Hun werk opent nieuwe onderzoeksgrenzen bij het gebruik van fotonische platforms om complexe systemen te emuleren. Ze hebben in wezen een zeer krachtige optische analoge computer gebouwd."

Lopez-Galmiche was een postdoctoraal onderzoeker bij CREOL, en Lopez-Aviles is afgestudeerd aan het doctoraatsprogramma van CREOL. + Verder verkennen

Onderzoekers vinden nieuwe manier om kwantumcontrole te krijgen van verlies