互联光波导网络

构建宏观人工超晶格,探索奇异光波传播与拓扑光场调控

背景简介

光波导网络代表了光子学中一种独特的范式,其物理机制类似于电学中的传输线,能够用于构建宏观的人工超晶格。通过将耦合波导排列成特定的周期或准周期结构,我们能够人为设计复杂的能带结构,并在这些合成晶格中精确调控光的流动。该平台提供了一个高度可控的物理环境,使我们能够在经典电磁系统中直观地探索基础的固体物理概念。

本研究方向致力于探究从这些复杂空间网络中涌现的奇异光学现象。我们专注于定制光子禁带、设计局域缺陷态,并深入研究厄米与非厄米系统中的波动动力学,从而揭示光场调控的全新机理。

研究意义与潜在应用

通过精准控制这些网络内部的干涉与耦合作用,我们可以实现自然块体材料所无法具备的极端光学特性。该研究不仅深化了我们对拓扑光子学和宇称-时间(\(\mathcal{PT}\))对称性的基础认知,也为新型功能器件的开发奠定了物理基础。其潜在应用涵盖先进光路中的鲁棒光学路由、高级滤波、单向光传输以及高灵敏度的可调谐传感器。

研究焦点

  • 厄米系统中的波导网络:研究保守物理系统内的能带结构、光子禁带及缺陷态,以实现对光传播和光局域化的高精度控制。(例如 (Wu & Yang*, 2019)
  • 非厄米系统中的波导网络:探索宇称-时间(\(\mathcal{PT}\))对称性、奇异点(Exceptional Points)以及损耗-增益动力学,揭示反常波动现象与非对称的光传输机制。(例如 (Li et al., 2020; Zhi et al., 2018; Wu*, 2019))
  • 前沿应用:将人工超晶格的奇异物理特性转化为具有实用价值的功能器件,例如鲁棒的光隔离器、拓扑激光器和高精度物理传感器。(例如 (Wu & Yang*, 2019)
  • 片上集成:将宏观的波导网络理论模型微缩并集成至紧凑、可扩展的平面光波导路中,以推动实用化集成光子系统的发展。(参见集成光器件和光芯片方向
基于波导网络的光开关的理论和概念设计。

我们期待新鲜血液和新颖想法的加入与合作!

相关成果

2020

  1. EPL.jpg
    Extraordinary characteristics of one-dimensional PT-symmetric ring optical waveguide networks with near-isometric and isometric arms
    Haiying Li, Xiangbo Yang*, Jiaye Wu, and Xuhang Wu
    EPL (Europhysics Letters), Sep 2020

2019

  1. AdP1.jpg
    Theoretical Design of a Pump‐Free Ultrahigh Efficiency All‐Optical Switching Based on a Defect Ring Optical Waveguide Network
    Jiaye Wu and Xiangbo Yang*
    Annalen der Physik, Feb 2019
  2. PLA.jpg
    Beat-like frequency pattern of extraordinary transmission and reflection in PT-symmetric fibonacci aperiodic optical networks of waveguide rings
    Jiaye Wu*
    Physics Letters A, Oct 2019

2018

  1. PR1.jpg
    Extraordinary characteristics for one-dimensional parity-time-symmetric periodic ring optical waveguide networks
    Yan Zhi, Xiangbo Yang*, Jiaye Wu, Shiping Du, Peichao Cao, Dongmei Deng, and Chengyi Timon Liu
    Photonics Research, Jun 2018