Пересечение неэрмитовой физики и топологической фотоники открыло новые направления исследований в последние годы, особенно в разработке надёжных лазерных систем.
Основные принципы создания топологических лазеров просты:
Экспериментальные демонстрации в массивах топологических изоляторов и решётках SSH подтвердили эффективность этого подхода, несмотря на игнорирование нелинейных взаимодействий, возникающих из-за насыщения усиления. Параллельно теоретические исследования, явно учитывающие эти нелинейности, были в основном сосредоточены на отображении режимов стабильности и когерентности.
Недавнее исследование, опубликованное в Nature Communications Physics, ставит под сомнение эту логику. Авторы продемонстрировали, что нулевой режим генерации в массиве SSH не всегда сохраняет пространственный профиль топологического нулевого режима, связанного с лежащей в основе пассивной решёткой.
«Наша отправная точка была интуитивной идеей о том, что если все связи между элементами массива уменьшены до нуля (при сохранении соотношения между коэффициентами сильного и слабого взаимодействия), то накачиваемые участки должны излучать одинаковую мощность при одинаковых условиях накачки», — сказал Рами Эль-Ганайни, профессор оптики и фотоники на кафедре электротехники и вычислительной техники в Университете Сент-Луиса.
«Введение бесконечно малых связей не должно нарушать это равномерное распределение интенсивности. С этой точки зрения мы ожидали режима, в котором нулевой режим генерации отклоняется от локализованного на краю характера основного линейного режима даже при конечной, ненулевой связи», — сказал Эль-Ганайни.
В отличие от более ранних работ, в которых основное внимание уделялось анализу стабильности, это исследование сосредоточено исключительно на режимах, где нулевой режим является единственным стабильным решением для генерации.
«Мы показываем, что в зависимости от баланса между межсайтовой связью и оптическими потерями нелинейное насыщение усиления может привести нулевой режим в делокализованное состояние, распределяя его интенсивность почти равномерно по всему массиву», — сказал Мохаммадмахди Ализаде, докторант в группе Эль-Ганайни и первый автор статьи.
«Наши результаты дают более глубокое понимание взаимодействия между нелинейной динамикой, топологическими эффектами и неэрмитовой физикой», — сказал Эль-Ганайни. «Мы также ожидаем, что эти идеи окажутся актуальными для квантовых систем с внутренними нелинейными — или многочастичными — потерями».
Среди других авторов — Сахин К. Оздемир, доктор философии, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Сент-Луиса; и Алехандро М. Якомотти, Центр нанонаук и нанотехнологий CNRS, Университет Париж-Юг, Университет Париж-Саклаи, Палезо, Франция.
Авторы предполагают, что эти результаты будут актуальны для широкого спектра экспериментальных платформ в топологической фотонике.
Предоставлено Университетом Сент-Луиса.