作者:Shanhui Fan 来源:《光:科学与应用》 发布时间:2023/9/19 17:30:18
选择字号:
合成频率维度中的高维能带测量

 

合成维度

维度是物理学的基本概念,很多独特的物理现象只存在于高维系统中。为了研究这些高维系统,研究者提出了“光学合成维度”的概念:将光子的内秉自由度作为额外的维度。这些内秉自由度可以是频率、空间模式、轨道角动量等。它们在物理上等效于我们熟知的空间维度。因此,我们可以引入这些额外的“合成维度”,使用更简单的实验平台,探索高维系统中的物理现象。

能带测量

在高维系统的能带结构当中,蕴含着丰富的物理信息。通过能带测量,我们可以预测、调控系统的物理特性。然而,在合成频率维度的研究当中,现有的能带测量方法都有其局限性。研究者只能测量一维系统的能带结构,或者对高维能带结构进行一维采样。这不利于解读高维能带结构中的完整信息。

近日,斯坦福大学Shanhui Fan教授团队提出了一种新的方法,能够在光学合成频率维度中实现完整的高维能带测量。这一发现有助于深化对高维系统中独特物理现象的理解,同时有望在光学器件设计、量子信息处理等领域中取得应用。

相关成果以“Multi-dimensional band structure spectroscopy in the synthetic frequency dimension”为题发表于Light: Science & Applications。Dali Cheng为论文的第一作者,Shanhui Fan教授为论文的通讯作者。

团队使用的实验平台是一个动态调制的光学谐振环,如图1所示。如果调制信号中包含多个频率,谐振环中的频率模式可以形成高维晶格。谐振环由波长可调的激光器激发。通过改变激光波长、分析谐振环的透射谱,研究者可以获取晶格的能量。团队提出通过调节调制信号中不同频率的相对相位,可以测量晶格完整的高维能带结构。这是该方法的主要创新点。

图1:高维能带测量的实验平台。激光从左侧输入,右侧输出的透射谱用于提取能带结构。

团队使用这一新方法测量了一个非厄米系统的二维能带结构,如图2所示。该系统的能带结构中蕴含了非平凡的拓扑性质,这些性质与非厄米趋肤效应有关。非厄米趋肤效应是一种新奇的物理现象,是指在非厄米系统中,能量本征态可以不是周期布洛赫波的模式,而是局域在系统的边界上。这些测量结果加深了我们对非厄米系统的理解。

图2:非厄米能带结构的测量结果。左侧为能量实部,右侧为能量虚部。实验(彩色数据点)与理论(灰色曲面)结果一致。

前景展望

在物理学和光学工程研究中,高维能带测量是一项重要工具,同时具有基础研究价值和实际应用意义。今后,团队希望将这项工具应用于更复杂的晶格系统,加深我们对高维系统中物理规律的理解。同时,这一工具有望在光学器件设计、量子信息处理等领域中大展拳脚。(来源:中国光学)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41377-023-01196-1

 
 
 
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
老化的哈勃空间望远镜转向单陀螺仪操作 中国科学家首次发现“无摩擦的冰”
冰表面长啥样?原子级分辨图像揭晓答案 北方中纬高频雷达网发布首批科学探测结果
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文