1 信息光子学和空间光通信湖南省重点实验室，湖南理工学院信息科学与工程学院，湖南 岳阳 414006
2 湖南第一师范学院物理与化学学院，湖南 长沙 410205
本文提出了一种一维四元周期性宇称?时间（PT）对称结构，系统地研究了增益?损耗系数、入射角和周期数对相干完美吸收激光点和奇异点这两类光学简并点的影响规律。当周期数一定时，通过改变增益?损耗系数可以在不同的入射角下灵活地调控相干完美吸收激光点和奇异点这两类光学简并点。对比分析了PT对称引起的奇异点以及与周期结构相关的Bragg共振点处的反射特性，结果显示：当光束分别沿着左右两边入射时，在奇异点处只有一个方向入射的反射率为0，从而表现为单向无反射特性；而Bragg共振点处的反射率在光分别沿着左右两边入射时都为0，从而表现为双向透明特性。进一步研究了周期数对两类光学简并点的影响，发现相干完美吸收激光点数目随着周期数的增加而增多，而奇异点数目则不受周期数的影响。最后，利用光学简并点的可控特性实现了光自旋霍尔效应等光学现象的操控。
非线性光学 PT对称结构 简并点 奇异点 相干完美吸收激光点 中国激光
2023, 50(22): 2213001
湖南城市学院信息与电子工程学院，湖南 益阳 413000
以非线性薛定谔方程为理论模型，研究了艾里-高斯光束在高斯型PT（Parity-time）对称介质中的传输与控制。详细分析了高斯型PT对称介质的特征参数（调制深度 P、调制因子、增益/损耗系数W0）和艾里-高斯光束的特征参数（截断系数a、分布因子）对艾里-高斯光束的传输特性的影响。结果表明：在高斯型PT对称介质中，艾里-高斯光束可以形成振荡孤子，且可稳定传输。孤子的峰值强度随P、W0、a的增大而增大，随的增大而减小；振荡周期随P和的增大而减小，随W0的增大而增大。当增大时，在0<<0.55范围内，孤子的峰值强度变化不明显；当>0.55时，孤子的峰值强度迅速减小。该研究结果可为孤子在复杂非均匀介质中的传输及全光控制方面的应用提供理论基础。
非线性光学 艾里-高斯光束 宇称时间对称介质 复折射率 孤子传输 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1519001
Author Affiliations
Abstract
1 Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) and Institute for Applied Physics, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany
2 Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam, PO Box 94485, 1090 GL Amsterdam, The Netherlands
3 Institute for Theoretical Physics, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany
For the investigation of non-Hermitian effects and physics under parity-time (PT) symmetry, photonic systems are ideal model systems for both experimental and theoretical research. We investigate a fundamental building block of a potential photonic device, consisting of coupled organic microcavities. The coupled system contains cavities with gain and loss and respects parity-time symmetry, leading to non-Hermitian terms in the corresponding Hamiltonian. Experimentally, two coupled cavities are realized and driven optically using pulsed laser excitation up to the lasing regime. We show that above the lasing threshold, when coherence evolves, the coupled-cavity system starts to operate asymmetrically, generating more light on one side of the device, being characteristic of non-Hermitian PT-symmetric systems. Calculations and simulations on a Su–Schrieffer–Heeger (SSH) chain composed of these PT-symmetric unit cells show the emergence of non-trivial topological features.For the investigation of non-Hermitian effects and physics under parity-time (PT) symmetry, photonic systems are ideal model systems for both experimental and theoretical research. We investigate a fundamental building block of a potential photonic device, consisting of coupled organic microcavities. The coupled system contains cavities with gain and loss and respects parity-time symmetry, leading to non-Hermitian terms in the corresponding Hamiltonian. Experimentally, two coupled cavities are realized and driven optically using pulsed laser excitation up to the lasing regime. We show that above the lasing threshold, when coherence evolves, the coupled-cavity system starts to operate asymmetrically, generating more light on one side of the device, being characteristic of non-Hermitian PT-symmetric systems. Calculations and simulations on a Su–Schrieffer–Heeger (SSH) chain composed of these PT-symmetric unit cells show the emergence of non-trivial topological features.
Coupled organic microcavities Parity-time symmetric system Non-Hermitian physics Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022006
1 江苏大学计算机科学与通信工程学院，江苏 镇江 212013
2 江苏大学江苏省工业网络安全技术重点实验室，江苏 镇江 212013
为设计新型光学生物传感器，本课题组构造了基于Parity-Time (PT)对称的耦合谐振腔系统，用于实现对人体血糖浓度的测量。通过结构优化，使系统达到PT对称极点状态，然后利用极点状态下透射率对血糖折射率极其敏感的特性，将对血糖浓度的测量转化为对系统透射率的测量，从而达到血糖传感的目的。本文研究了两种传感方式：一是固定特定极点处的频率，测量系统在不同血糖浓度下的透射率；二是在极点附近的频率范围内扫描，测量特定血糖浓度下透射率的峰值。血糖质量浓度为20～182 mg/dL时，第二种方式下传感器的灵敏度均高于第一种方式；当血糖质量浓度高于182 mg/dL时，第一种方式在1466.40 THz频率下的灵敏度要比第二种方式高。可以将本文对血糖浓度的传感方式推广到对其他生物样本的测量上。
传感器 PT对称结构 耦合谐振腔 极点 灵敏度
江苏大学计算机科学与通信工程学院, 江苏 镇江 212013
为了构建光学三极管模型,设计了一个基于半导体磁性材料InSb的PT(parity-time)对称耦合微腔的结构模型。通过结构参数优化,产生了PT对称结构磁场强耦合的极点效应。在极点频率附近,通过改变输入电流信号改变施加在磁性材料上的磁感应强度,实现极点状态下信号的放大输出。这种放大可以是同相,也可以是反相,该设计实现了特殊光学三极管模型。
光学器件 激光光学 parity-time对称耦合微腔 光学三极管 同相放大 反相放大
Department of Physics, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
To demonstrate the existence of singular parity-time symmetry (PT-symmetry) broken point in optics system, we designed a one-dimensional PT symmetric structure including N unit-cell with loss and gain materials in half. We performed an analytical deduction to obtain the transmittance and reflectance of the structure basing on Maxwell’s equations. We found that with the exact structure unit-cell number and the imaginary part of refraction index, the transmittance and reflectance are both close to infinite. Such strict condition is called the singular point in this study. At the singular point position, both the transmission and reflection are direction-independent. Away from the singular point, the transmittance and reflectance become finite. In light of classical wave optics, the single unit and total structure both become the resonance units. The infinite transmittance and reflectance result from the resonance matching of single unit and total structure. In light of quantum theory, the singular point corresponds to the single eigenvalue of electromagnetic scattering matrix. The infinite transmittance and reflectance mean a huge energy transformation from pumping source to light waves. Numerical calculation and software simulation both demonstrate the result.
parity-time symmetric (PT-symmetric) structure singular point transmittance reflectance Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(4): 438–444
1 陆军军事交通学院 汽车士官学校, 安徽 蚌埠 233011
2 国防科技大学 气象海洋学院, 长沙 410073
3 陆军工程大学 野战工程学院, 南京 210007
随着微波技术的不断进步, 提升本振信号源的频率稳定度及相位噪声指标的需求尤为迫切。光电振荡器技术因具备极低的相位噪声以及良好的频率拓展性吸引了研究人员的广泛关注。但光电振荡器内部的长距离光纤大量增加了输出信号的边带, 如何解决单模输出与相位噪声之间的矛盾成了光电振荡器领域研究的热点。宇称-时间对称方法在保证输出信号相位噪声的前提下可极大地优化输出信号的边带抑制, 受到国内外研究团队的广泛关注。文章在对宇称-时间对称光电振荡器的工作原理和特性进行阐述和分析的基础上, 对国内外研究团队设计的宇称-时间对称光电振荡器结构和方案进行了总结, 分析比较了各种方案的基本原理及性能指标, 讨论了宇称-时间对称光电振荡器技术的未来发展方向。
光电振荡器 单模振荡 频率调谐 宇称-时间对称 optoelectronic oscillator single mode oscillation frequency tunable parity-time-symmetric
1 大同大学物理与电子科学学院, 山西 大同 037009
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
基于光波在PT(Parity-Time)对称波导中传输的理论模型,采用数值模拟研究了高斯光波在高斯型PT对称克尔非线性平板波导中的传输控制特性。PT对称波导要求其折射率分布呈偶对称,而增益/损耗分布呈奇对称。研究结果表明:在高斯型PT对称波导中,基模高斯光波可以形成波浪形光束,并稳定地传输;随着折射率分布强度的增加,波浪形光束的振荡频率增加,振荡幅度减小。一阶高斯光波在PT对称波导中传输时,在折射率较大的条件下,两束光可以被束缚在波导中心稳定地传输,而二阶高斯光波则需要更大的折射率分布强度才能被束缚。该研究结果可为PT对称波导在全光开关控制上的应用奠定理论基础。
非线性光学 高斯光波 宇称时间对称波导 克尔非线性 复折射率 光波传输
