西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010
宇称时间（PT）对称原理已经被验证可以作为提高无线电能传输系统自由度的有力工具，但基于PT对称的并联-并联（P-P）拓扑结构无线电能传输（WPT）系统的工作范围仍然受到限制。为解决这一问题，提出了一种基于PT对称原理的并联-串并联（P-SP）补偿WPT系统。通过等效电路法化简系统电路模型，并利用耦合模理论（CMT）分析电容分配比对振荡频率、临界耦合系数、满足系统进入PT对称区域的耦合系数和负载电阻值范围以及传输效率等工作性能的影响。构建样机开展实验，以检验所提方法的适用性，结果表明：可以在仅损失2%系统传输效率的情况下，将传输距离由110 mm扩大到210 mm，该操作可为扩大应用范围、增加应用场景、优化激光无线充电系统中发送模块单元和接收模块单元的工作性能做准备。
无线电能传输 宇称时间对称 耦合模理论 P-SP拓扑 距离扩展 wireless power transfer parity-time symmetry coupled mode theory P-SP topology distance extension 强激光与粒子束
2024, 36(3): 039001
1 太原师范学院物理系，山西 晋中 030619
2 西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室，陕西 西安 710071
3 太原师范学院计算与应用物理研究所，山西 晋中 030619
基于分数阶非线性薛定谔方程，采用虚时演化的数值方法研究了部分宇称时间（PT）对称的光孤子及其自发对称破缺现象，通过线性稳定性分析并结合数值模拟研究了分数衍射效应对二维光孤子稳定性和传输的影响。结果表明：分数衍射系统中存在部分PT对称的二维光孤子，分数衍射效应随着莱维指数的减小而增强，莱维指数的改变影响光孤子的稳定性。当孤子功率超过特定的临界值时，部分PT对称的光孤子发生自发对称破缺，并转变为复传播常数的不对称态。通过分析莱维指数与孤子自发对称破缺临界功率之间的关系，发现将莱维指数从2减小至1时，孤子的自发对称破缺临界功率由1.6降低为0.4。这表明增强分数衍射效应使得部分PT对称的二维光孤子的稳定性变弱，进而在更小的孤子功率情况下发生自发对称破缺。该研究结果为分数衍射的非厄米非线性光学波导中控制孤子的形态和传输提供了理论依据。
非线性光学 对称破缺 分数非线性薛定谔方程 部分宇称时间对称
湖南师范大学物理与电子科学学院，量子效应及其应用协同创新中心，低维量子结构与调控教育部重点实验室，湖南 长沙 410081
构建了非厄米系统中的高斯光束传输模型，探究了宇称-时间对称（PT-symmetric）结构中奇异点附近的交叉偏振特性。研究表明，当系统状态位于奇异点附近时，交叉偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布，而此时原偏振分量呈现出与单一圆偏振分量相似且垂直于交叉偏振分量的双峰分布。进一步调整入射光的偏振态，还可以观察到交叉偏振分量的显著旋转现象。此外，该系统在跨越奇异点的过程中，交叉偏振分量的旋转方向也会随之翻转，这为精密探测奇异点的位置提供了一条新颖的思路。最后，奇异点附近所存在的强交叉偏振效应也为增强光子自旋霍尔效应提供了理论依据。
交叉偏振 奇异点 宇称-时间对称 偏振 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0326002
1 大同大学 物理与电子科学学院 山西 大同 037009
2 国网大同供电公司 山西 大同 037008
本文基于光波在宇称时间对称波导中传输的理论模型,数值研究各阶亮孤子在罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的传输特性。宇称时间对称波导的折射率分布对光具有线性聚焦作用,而增益/损耗分布可以引起光束能量的横向流动。研究结果表明: 当折射率调制深度为正时,一阶亮孤子在该波导中传输形成波浪形光束。当折射率调制深度为负时,一阶亮孤子分裂形成两束光,一束光发生弥散,另一束光以一定的速度向前传输,而增益/损耗调制深度会影响分裂后光束的传输行为;二阶亮孤子在较低的增益/损耗调制深度下传输形成稳定的呼吸光束;三阶亮孤子在传输过程中出现光波周期分裂与会聚现象;四阶及其以上高阶亮孤子在该波导中都不能稳定传输。此研究结果可为宇称时间对称在光波导中的应用提供一定的理论依据。
宇称时间对称 克尔非线性 亮孤子 复折射率 parity time symmetry Kerr nonlinearity bright solitons complex refractive index 量子光学学报
2023, 29(2): 020701
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
青岛大学 电子信息学院, 山东 青岛 266071
为增强石墨烯对近红外通信波段光波的吸收, 提出了一种基于周期性宇称-时间(Parity-time)对称结构的石墨烯基吸收器, 该结构由顶层的石墨烯层和底层周期性PT对称单元构成。采用传输矩阵方法系统地研究了该结构中石墨烯对1 450～1 650 nm波长范围内光波的吸收特性。结果表明, 通过优化石墨烯复合PT对称微纳结构参数, 对于所研究波长范围内垂直入射的近红外光波, 单层石墨烯的平均吸收增强了35倍。同时, 对入射角在0°～30°范围内的光波, 结构对TE极化波和TM极化波的平均吸收分别增强了19.7倍和54倍。该结构对近红外通信波段光波具有高强度吸收特性, 可广泛用于吸收器、光电探测器和红外光学传感器等器件的设计。
宇称时间对称 石墨稀 近红外 传输矩阵 parity-time symmetry graphene near-infrared transfer matrix method
提出一种基于周期性宇称-时间(PT)对称结构的磁光调制器,该结构由在中间的水基MnFe2O4磁流体层和两侧周期性PT对称单元构成,利用磁流体的磁光效应,实现具有增益的高消光比光调制。利用传输矩阵法对结构进行仿真分析,结果表明,对于波长处于结构禁带低透射区域的入射光波,在以1550 nm为中心从1513 nm到1587 nm的波长范围内,调制器对入射光最大增益接近25 dB,消光比最高接近60 dB,最低可达30 dB,同时入射光波透射率和波长移动的平均调制灵敏度最大分别可以达到74.51 dB和108.2 nm。
光学器件 宇称-时间对称 磁光效应 调制器 传输矩阵法
中国空间技术研究院西安分院 空间天线技术研究所, 西安 710100
光电振荡器被广泛应用于雷达、通信和测量领域, 是微波光子学领域的研究热点,新概念和新技术的引入促进了光电振荡器研究的发展, 进一步拓展了光电振荡器在现代电子系统中的应用。介绍了引入光电振荡器中的新概念和新技术, 包括宇称-时间对称光电振荡器、傅里叶域锁模光电振荡器、参量振荡光电振荡器和集成光电振荡器, 指出了光电振荡器的未来发展方向。
光电振荡器 宇称-时间对称 傅里叶域锁模 参量振荡 optoelectronic oscillator parity-time symmetry Fourier domain mode-locking parametric oscillation
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
