Forskerhold etablerer syntetisk dimensionsdynamik for at manipulere lys
I fysikkens område er syntetiske dimensioner (SD'er) dukket op som en af grænserne for aktiv forskning, der tilbyder en vej til at udforske fænomener i højere dimensionelle rum, ud over vores konventionelle 3D geometriske rum. Konceptet har fået stor opmærksomhed, især inden for topologisk fotonik, på grund af dets potentiale til at låse op for rig fysik, der er utilgængelig i traditionelle dimensioner.
Forskere har foreslået forskellige teoretiske rammer til at studere og implementere SD'er med det formål at udnytte fænomener som syntetiske målefelter, kvante Hall-fysik, diskrete solitoner og topologiske faseovergange i fire dimensioner eller højere. Disse forslag kunne føre til nye grundlæggende forståelser inden for fysik.
En af de primære udfordringer i konventionelt 3D-rum er den eksperimentelle realisering af komplekse gitterstrukturer med specifikke koblinger. SD'er tilbyder en løsning ved at give en mere tilgængelig platform til at skabe indviklede netværk af resonatorer med anisotropiske, langrækkende eller dissipative koblinger. Denne evne har allerede ført til banebrydende demonstrationer af ikke-hermitisk topologisk vikling, paritet-tidssymmetri og andre fænomener.
En række parametre eller frihedsgrader inden for et system, såsom frekvenstilstande, rumlige tilstande og orbitale vinkelmomenter, kan bruges til at konstruere SD'er, hvilket lover til anvendelser inden for forskellige områder lige fra optisk kommunikation til topologiske isolatorlasere.
Et centralt mål på dette felt er konstruktionen af et "utopisk" netværk af resonatorer, hvor et hvilket som helst par af tilstande kan kobles på en kontrolleret måde. Opnåelse af dette mål kræver præcis modusmanipulation inden for fotoniske systemer, der tilbyder muligheder for at forbedre datatransmission, energihøsteffektivitet og laserarray-udstråling.
Nu, som rapporteret i Avanceret fotonik , har et internationalt team af forskere skabt tilpassede arrays af bølgeledere for at etablere syntetiske modale dimensioner. Dette fremskridt giver mulighed for effektiv kontrol af lyset i et fotonisk system uden behov for komplicerede ekstra funktioner som ikke-linearitet eller ikke-hermiticitet.
Professor Zhigang Chen fra Nankai University bemærker:"Evnen til at justere forskellige lystilstande i systemet bringer os et skridt tættere på at opnå 'utopiske' netværk, hvor alle parametre i et eksperiment er perfekt kontrollerbare."
I deres arbejde modulerer forskerne forstyrrelser ("vrikkefrekvenser") for udbredelse, der matcher forskellene mellem forskellige lysformer. For at gøre det bruger de kunstige neurale netværk (ANN'er) til at designe bølgelederarrays i det virkelige rum. ANN'erne er trænet til at skabe bølgelederopsætninger, der har præcis de ønskede tilstandsmønstre. Disse test hjælper med at afsløre, hvordan lys forplanter sig og bliver indesluttet i arrays.
Endelig demonstrerer forskerne brugen af ANN'er til at designe en speciel type fotonisk gitterstruktur kaldet et Su-Schrieffer-Heeger (SSH) gitter. Dette gitter har en specifik egenskab, der muliggør topologisk kontrol af lys i hele systemet. Dette giver dem mulighed for at ændre bulk-tilstanden, som lyset bevæger sig i, hvilket viser de unikke egenskaber ved deres syntetiske dimensioner.
Implikationen af dette arbejde er væsentlig. Ved at finjustere bølgelederafstande og -frekvenser sigter forskerne efter at optimere designet og fremstillingen af integrerede fotoniske enheder.
Professor Hrvoje Buljan fra University of Zagreb siger:"Ud over fotonik giver dette arbejde et indblik i geometrisk utilgængelig fysik. Det lover for applikationer lige fra modelasing til kvanteoptik og datatransmission."
Både Chen og Buljan bemærker, at samspillet mellem topologisk fotonik og fotonik med syntetiske dimensioner, bemyndiget af ANN'er, åbner nye muligheder for opdagelser, der kan føre til hidtil usete materialer og apparatanvendelser.
Flere oplysninger: Shiqi Xia et al., Dyb-læringsbaseret syntetisk dimensionsdynamik:omdannelse af lys til topologiske tilstande, Avanceret fotonik (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026005
Leveret af SPIE
Varme artikler
-
Forskere udvikler en ny teoretisk tilgang til at manipulere lysKredit:Petr Kratochvil/offentligt domæne Søgen efter at opdage banebrydende nye måder at manipulere, hvordan lys bevæger sig gennem elektromagnetiske materialer, har taget en ny, usædvanligt twist -
Interessant mønster i tværsnit observeret i F + HD → HF + D reaktionD-atomproduktet fra F + HD → HF + D-reaktionen ved en kollisionsenergi på 2,10 kcal/mol. (A) Eksperimentelle resultater; (B) teoretiske resultater. Krydsningsvinklen for de to bjælker er 160°. θ =0° o -
Forskere foreslår en metode til magnetisering af et materiale uden at anvende et eksternt magnetfel…Undersøgelsen viser, at fænomenet kan frembringes ved hjælp af adiabatisk komprimering, uden varmeudveksling med miljøet. Kredit:Geek3/Wikimedia Commons-commons.wikimedia.org/wiki/File:VFPt_bar-magnet -
Fremtidige informationsteknologier:3D-kvantespindvæske afsløretTo af de fire magnetiske interaktioner danner et nyt tredimensionelt netværk af hjørnedelende trekanter, kendt som hyper-hyperkagom gitter, hvilket fører til kvantespinvæskeadfærd i PbCuTe 2 O 6 .
- Ring of fire eclipse-godbid til sydlige skygazere
- Hvordan videnskabsmænd genopretter boreale tørveområder for at hjælpe med at holde kulstof i jor…
- Hvordan fik zebrafisken sine striber? Forskere er et skridt tættere på at finde ud af det
- Hvorfor er billedtekster pludselig overalt, og hvordan de kom dertil
- Netværket afslører store variationer i rystelser i LA -bassinet efter Ridgecrest jordskælv
- Biokompatible nanopartikler modificeret med ATP kan forbedre systemisk levering af cancerimmunterapi…