I sistemi fotonici e optoelettronici parity-time-simmetrici sono stati oggetto di un'intensa attività di recente esplorazione, che ha portato a importanti risultati fisici e tecnologici fondamentali. Una delle caratteristiche principali di un sistema PT simmetrico è la sua efficacia nella selezione della modalità nel laser monomodale, in cui vengono solitamente impiegati due risonatori incrociati e spazialmente separati con geometrie identiche. Un sistema laser PT-simmetrico ha una differenza di guadagno fortemente migliorata tra la modalità dominante e le modalità laterali, rendendo così possibile l'oscillazione monomodale. Però, requisiti rigorosi non solo portano a una maggiore complessità strutturale, costo alto, e forte suscettibilità alle perturbazioni ambientali, ma limitano anche la compattezza quando sono richiesti dispositivi on-chip.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati, guidato dal professor Jiejun Zhang del Laboratorio chiave provinciale di Guangdong per il rilevamento e le comunicazioni in fibra ottica, Istituto di tecnologia fotonica, L'Università di Jinan ha proposto una nuova tecnica volta a realizzare la simmetria PT in un singolo risonatore spaziale. Mediante la manipolazione della risposta dipendente dalla polarizzazione del risonatore spaziale, autofrequenze localizzate, guadagno, perdita, e i coefficienti di accoppiamento di due anelli polarimetrici formati da luci di stati di polarizzazione ortogonale possono essere sintonizzati per ottenere la simmetria PT. Il concetto di simmetria polarimetrica PT proposto apre nuove strade per l'implementazione di sistemi fotonici non hermitiani, in cui una varietà di parametri ottici, compresa la polarizzazione, lunghezza d'onda, modo trasversale e momento angolare ottico, può essere utilizzato.

A dimostrazione, è implementato un laser ad anello in fibra basato su questo concetto che supporta il laser stabile e monomodale senza l'utilizzo di un filtro ottico ad alto Q. Il sistema PT-simmetrico è implementato in un singolo loop in fibra con diversità polarimetrica. Nell'esperimento, il laser ad anello in fibra ha una lunghezza della cavità di 41 m con una spaziatura dei modi di appena 4,88 MHz. L'impiego della simmetria polarimetrica PT consente un'efficace soppressione dei modi laterali con un rapporto di soppressione maggiore di 47,9 dB. La larghezza di linea della luce generata dal laser ad anello in fibra è misurata in 129 kHz con un intervallo di lunghezza d'onda sintonizzabile di 35 nm.

"In un singolo loop fisico in fibra, la diversità polarimetrica è implementata controllando gli stati di polarizzazione della luce tramite regolatori di polarizzazione. Un amplificatore in fibra drogata con erbio è incorporato per fornire un guadagno ottico. Sintonizzando la perdita, guadagno e forza di accoppiamento dei due modi polarimetrici, La simmetria PT è implementata, che può essere osservato dallo spettro di uscita. Poiché è richiesto un solo loop fisico, l'implementazione è notevolmente semplificata, e la stabilità è molto migliorata."

"La larghezza della linea laser misurata è 129 kHz, che si amplia per l'elevata suscettibilità del sistema ai disturbi ambientali dovuti a una lunga fibra in cavità. Sopprimendo quei rumori utilizzando tecniche di stabilizzazione della cavità attiva o sistemi laser isolati, la larghezza di riga può essere ridotta alla sua larghezza di riga Lorentziana di 2,4 kH, ." hanno aggiunto.

"La tecnica presentata fornisce un nuovo concetto di implementazione della simmetria PT nello spazio dei parametri non spaziali nei sistemi fotonici. Non limitato allo spazio dei parametri polarimetrici, si può adottare questo concetto costruendo vari spazi parametrici. Con strutture fisiche semplificate, questo concetto proposto è pronto per essere applicato in altri campi per promuovere l'applicazione del meccanismo di simmetria PT, " concludono gli scienziati.