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波士顿物理学家新研究 光编织方法

2016-08-27 10:08
水墨黯月
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  物理学家们已经提出了一种方法来编织三束光,通过引导光束沿着旋转的、涡旋状的存在光学缺陷的介质中,进行光束的传输。编织光将有一个不寻常的“非阿贝尔”的性质,即它的相位取决于相互缠绕的缺陷的顺序。

  波士顿大学的物理学家,ThomasIadecola、ThomasSchuster和ClaudioChamon在最近一期的《物理评论快报》杂志上发表了这一对非阿贝尔编织光的研究。

  正如科学家解释说,非阿贝尔编织光是类似于发生在电子系统的光学模拟中的现象,称为非阿贝尔·贝利相位,这个概念自上世纪80年代以来已经为人所知,电子传播通过可以设计成具有拓扑缺陷的电子媒介,如旋涡,则可以互相缠绕形成编织物。在电子介质中,零能量态被称为零模式,它携带全电子电荷的分数电荷,绑定到编织缺陷结构中,并作为传播电荷的指向参考。

  新的研究标志着这是第一次和功能一起的零模式的编织,而这在理论上已被证明存在于光学系统。研究人员建议,一组波导可以被安排在一个包含旋涡的图案中,其中的涡流的精确位置可以使用的飞秒激光器被蚀刻到光学介质中。每一个旋涡都可以捕获一束光,所以当它通过介质传播时,光会沿一条编织的路径进行传输。

  “相比电子系统,这项工作的最大意义在于它表明了光学中存在的与非阿贝尔编织的光相关联的结构缺陷,”Iadecola表述。“这样的缺陷在固态电子系统中是很有用处的,但在这项研究中所建议的光学模拟工作,可以为观察到非阿贝尔编织提供另一种途径。光学系统的考虑的优势是,他们有高度的可调性,可以精确地控制编制路径上的缺陷情况。”

  在电子和光学系统的编织过程中,以不同的顺序执行相同的编制会产生不同的结果,即将会产生不同的非阿贝尔性质。非阿贝尔性质直接从编织结构的零模式中产生,且不同于大多数的电或光的引导过程,它不依赖于过程中的步骤的顺序。

  “事实上,以一个非交换的方式进行光的编织其实很有趣的,因为它构成一个在物理结构上生动体现了的拓扑结构,”Iadecola说。“用于捕获光和进行编织的旋涡,是在波导晶格中的有序图案的拓扑缺陷。我们相信,在光电路元件中可能够使用到这些“拓扑”的波导晶格,这是我们将来所进一步研究探索的一个途径。

  光学零模式的另一个有趣的方面是,虽然上述说的是它们在量子级与少数的光子共同存在发生的情况,但即使有大量的光子存在,这种现象仍然存在。基于这个原因,编织光可以通过使用量子和经典的光的描述进行理解。

  研究人员预计,编织光可以利用现存的技术通过实验实现,他们已经提出了一个实验准备进行验证。该实验使用一个干涉仪,其中光在两个臂上以一个不同的顺序进行编织。然后通过探测器进行探测是否不同的编织次序会产生光的不同相位,从而给出光的非阿贝尔特性的证据。

  “我们打算与波导光学领域的实验工作人员一起合作,实现我们这次提出的这个版本的实验,”Iadecola说。“我们还想测试一些是否有其他光学平台,可以支持我们在论文中研究的这种‘拓扑引导模式’。

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