Floquet Chern -isolatoren op basis van niet -lineaire fotonische kristallen bereikt

In de afgelopen jaren hebben ingenieurs en materiële wetenschappers geprobeerd nieuwe optische systemen te bedenken waarin lichte deeltjes (dwz fotonen) vrij en op nuttige manieren kunnen bewegen, ongeacht defecten en onvolkomenheden. Topologische fasen, unieke staten van materie die niet worden gedefinieerd door lokale eigenschappen, maar door niet-lokale en globale kenmerken, kunnen de robuuste beweging van fotonen ondanks materiaaldefecten mogelijk maken.

Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania en University of California-Santa Barbara demonstreerden onlangs de realisatie van Floquet Chern-isolatoren, materialen waarin de periodieke toepassing van een oscillerend lichtveld of andere externe velden aanleiding geeft tot een unieke topologische fase, in een niet-lineair fotonisch systeem. De isolatoren gepresenteerd in hun paper, dat was gepubliceerd in Natuurnanotechnologiezijn gebaseerd op niet -lineaire fotonische kristallen, materialen met herhalende patronen die de verspreiding van licht kunnen regelen en anders kunnen reageren op het licht van verschillende intensiteiten.

“Topologische fotonica onderzoekt fotonische systemen die robuustheid vertonen tegen defecten en wanorde, mogelijk gemaakt door bescherming tegen onderliggende topologische fasen”, schreef Jicheng Jin, Li hij en hun collega’s in hun paper. “Deze fasen worden typisch gerealiseerd in lineaire optische systemen en gekenmerkt door hun intrinsieke fotonische bandstructuren. We bestuderen experimenteel floquet Chern -isolatoren in periodiek aangedreven niet -lineaire fotonische kristallen, waar de topologische fase wordt bestuurd door de polarisatie en de frequentie van het rijveld.”

Als onderdeel van hun studie, Jin, realiseerden hij en hun collega’s voor het eerst niet -lineaire fotonische kristallen die sterk interageren met lichtvelden. Vervolgens brachten ze periodiek licht toe met verschillende polarisaties en frequenties op deze kristallen.

Om direct verschillende lichtmodi in de kristallen te onderzoeken, gebruikten de onderzoekers een niet-lineair optisch proces dat bekend staat als “sum-frequentieverlening”. Dit proces omvat het verzamelen van metingen via de combinatie van twee lichtstralen in een nieuwe balk bij de som van hun frequenties.

“Onze transient sum-frequentiatiemetingen onthullen een sterke hybridisatie van de Floquet-fotonische banden”, schreef de auteurs. “Het gemeten spectrum blijft gapless onder een lineair gepolariseerde drive maar wordt gesneden onder een cirkelvormig gepolariseerde drive. Theoretische analyse bevestigt dat de Floquet Gap topologisch is, gekarakteriseerd door een niet-nul Chern-getal-een gevolg van tijd-omkeringssymmetrie die wordt geïnduceerd door het circulair gepolariseerde rijveld.”

Uiteindelijk konden Jin en hun collega’s een topologische fase van licht in niet -lineaire fotonische kristallen met succes ontwikkelen via hun periodiek rijden. De experimentele methoden die ze gebruikten, zouden binnenkort de weg kunnen effenen voor verdere studies gericht op een beter begrip van fundamentele fysica -processen.

In de toekomst kunnen de Floquet Chern -isolatoren die ze zich realiseerden, ook worden gebruikt voor de ontwikkeling van verschillende technologieën, waaronder optische communicatiesystemen, systemen waarin de verwerking van signalen wordt beschermd en innovatieve niet -lineaire opto -elektronica -apparaten.

“Dit werk biedt kansen om de rol van klassieke optische niet -lineariteit in topologische fasen en hun toepassingen in niet -lineaire opto -elektronica te onderzoeken”, schreef Jin, hij en hun collega’s.