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Optical Microresonators
Higher-order exceptional points in waveguide-coupled microcavities: perturbation induced frequency splitting and mode patterns
Julius Kullig
1,*
Daniel Grom
1,3
Sebastian Klembt
2
Jan Wiersig
1
Author Affiliations
Abstract
1
Institut für Physik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 39106 Magdeburg, Germany
2
Technische Physik and Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat, Physikalisches Institut and Wilhelm-Conrad-Röntgen-Research Center for Complex Material Systems, Am Hubland, University of Würzburg, 97070 Würzburg, Germany
3
e-mail: daniel.grom@ovgu.de
Exceptional points are degeneracies in the spectrum of non-Hermitian open systems where at least two eigenfrequencies and simultaneously the corresponding eigenstates of the Hamiltonian coalesce. Especially, the robust construction of higher-order exceptional points with more than two degenerate eigenfrequencies and eigenstates is challenging but yet worthwhile for applications. In this paper, we reconsider the formation of higher-order exceptional points through waveguide-coupled microring cavities and asymmetric backscattering. In this context, we demonstrate the influence of perturbations on the frequency splitting of the system. To generate higher-order exceptional points in a simple and robust way, a mirror-induced asymmetric backscattering approach is used. In addition to the exceptional-point enhanced sensing capabilities of such systems, also a cavity-selective sensitivity is achieved for particle sensing. The results are motivated by an effective Hamiltonian description and verified by full numerical simulations of the dielectric structure.
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Photonics Research
2023, 11(10): A54
Physical Optics
Review of exceptional point-based sensors
Download:742次
Jan Wiersig
*
Author Affiliations
Abstract
Institut für Physik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Postfach 4120, D-39016 Magdeburg, Germany (jan.wiersig@ovgu.de)
Exceptional points are spectral singularities in open quantum and wave systems that exhibit a strong spectral response to perturbations. This feature can be exploited for a new generation of sensors. This paper explains the basic mechanism and comprehensively reviews the recent developments. In particular, it highlights the influence of classical noise and fundamental limitations due to quantum noise.
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Photonics Research
2020, 8(9): 09001457
Optical Devices
Non-Hermitian degeneracies of internal–external mode pairs in dielectric microdisks
Chang-Hwan Yi
1
Julius Kullig
1,2
Martina Hentschel
2
Jan Wiersig
1,*
Author Affiliations
Abstract
1
Institut für Physik, Otto-von-Guericke-Universit?t Magdeburg, Postfach 4120, D-39016 Magdeburg, Germany
2
Institut für Physik, Technische Universit?t Ilmenau, D-98693 Ilmenau, Germany
Open quantum and wave systems can exhibit non-Hermitian degeneracies called exceptional points, where both the eigenvalues and the corresponding eigenstates coalesce. Previously, such exceptional points have been investigated in dielectric microcavities in terms of optical modes which are well confined inside the cavity. However, beside these so-called “internal modes” with a relatively high quality factor, there exists another kind of mode called “external modes,” which have a large decay rate and almost zero intensity inside the cavity. In the present paper, we demonstrate the physical significance of the external modes via the occurrence of exceptional points of internal–external mode pairs for transverse electric polarization. Our numerical studies show that these exceptional points can be achieved by either a boundary deformation of the microdisk or by introducing absorption into a circular cavity.
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Photonics Research
2019, 7(4): 04000464
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