互聯光波導網絡

構建宏觀人工超晶格,探索奇異光波傳播與拓撲光場調控

背景簡介

光波導網絡代表了光子學中一種獨特的範式,其物理機制類似於電學中的傳輸線,能夠用於構建宏觀的人工超晶格。通過將耦合波導排列成特定的週期或準週期結構,我們能夠人為設計複雜的能帶結構,並在這些合成晶格中精確調控光的流動。該平臺提供了一個高度可控的物理環境,使我們能夠在經典電磁系統中直觀地探索基礎的固體物理概念。

本研究方向致力於探究從這些複雜空間網絡中湧現的奇異光學現象。我們專注於定製光子禁帶、設計局域缺陷態,並深入研究厄米與非厄米系統中的波動動力學,從而揭示光場調控的全新機理。

研究意義與潛在應用

通過精準控制這些網絡內部的干涉與耦合作用,我們可以實現自然塊體材料所無法具備的極端光學特性。該研究不僅深化了我們對拓撲光子學和宇稱-時間(\(\mathcal{PT}\))對稱性的基礎認知,也為新型功能器件的開發奠定了物理基礎。其潛在應用涵蓋先進光路中的魯棒光學路由、高級濾波、單向光傳輸以及高靈敏度的可調諧傳感器。

研究焦點

  • 厄米系統中的波導網絡:研究保守物理系統內的能帶結構、光子禁帶及缺陷態,以實現對光傳播和光局域化的高精度控制。(例如 (Wu & Yang*, 2019)
  • 非厄米系統中的波導網絡:探索宇稱-時間(\(\mathcal{PT}\))對稱性、奇異點(Exceptional Points)以及損耗-增益動力學,揭示反常波動現象與非對稱的光傳輸機制。(例如 (Li et al., 2020; Zhi et al., 2018; Wu*, 2019))
  • 前沿應用:將人工超晶格的奇異物理特性轉化為具有實用價值的功能器件,例如魯棒的光隔離器、拓撲激光器和高精度物理傳感器。(例如 (Wu & Yang*, 2019)
  • 片上集成:將宏觀的波導網絡理論模型微縮並集成至緊湊、可擴展的平面光波導路中,以推動實用化集成光子系統的發展。(參見集成光器件和光芯片方向
基於波導網絡的光開關的理論和概念設計。

我們期待新鮮血液和新穎想法的加入與合作!

相關成果

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