I ricercatori dell'Università della Florida centrale fanno parte di un team che ha rivelato, per la prima volta, la complessità del comportamento della luce nei sistemi ottici dinamici avanzati con configurazioni note come disposizioni non hermitiane.

Nei sistemi non hermitiani, i valori energetici consentiti creano superfici autointersecanti con una topologia unica e punti di diramazione, noti come punti eccezionali. Le superfici si incrociano in una torsione, indicata da un punto eccezionale.

Il team ha scoperto che la topologia di una superficie energetica in una disposizione non hermitiana gioca un ruolo più importante nel modo in cui la luce si comporta in un sistema in evoluzione temporale rispetto all'avvolgimento rigoroso attorno a un punto eccezionale. Ciò include comportamenti come il trasferimento dello stato chirale, in cui uno stato di uscita è bloccato nella direzione dell'avvolgimento, in senso orario o antiorario.

I risultati, che sono stati pubblicati di recente sulla rivista Nature , potrebbe stimolare lo sviluppo di nuovi meccanismi per la manipolazione della luce e promettere profonde implicazioni per tecnologie come laser miniaturizzati e robusti e sensori basati sulla luce ad alta precisione.

I ricercatori hanno fatto le loro osservazioni costruendo un nuovo e sfaccettato emulatore fotonico che ha permesso loro di monitorare l'evoluzione della luce laser pulsata nel sistema quando variava lentamente lungo un percorso chiuso in prossimità di un punto eccezionale.

"La piattaforma di emulazione ottica che è stata realizzata può essere utilizzata per modellare alcuni dei fenomeni fisici più sconcertanti in natura", afferma il coautore dello studio Mercedeh Khajavikhan, professore di fisica e ingegneria elettrica e informatica presso l'Università della California meridionale.

Le osservazioni sperimentali sfidano le dimostrazioni precedenti, ma supportano le recenti previsioni teoriche di Khajavikhan e del coautore dello studio Demetrios Christodoulides, della Cobb Family Endowed Chair e Pegasus Professor of Optics presso CREOL, The College of Optics and Photonics dell'Università della Florida centrale.

Le loro previsioni hanno mostrato che l'output di un sistema ottico non hermitiano, indipendentemente dal suo input, viene incanalato in uno dei due stati predefiniti, a seconda della direzione in cui una traiettoria chiusa si svolge dinamicamente in prossimità o attorno a un punto eccezionale .

"Altri studi hanno esaminato solo ciò che accade nell'input e nell'output del sistema", afferma l'autore principale dello studio, Hadiseh Nasari, associato post-dottorato con l'Università della California meridionale e il CREOL dell'UCF, The College of Optics and Photonics, dove il il lavoro è stato eseguito. "Non sono stati in grado di vedere cosa succede nel corso del processo."

"Il nostro emulatore è abbastanza versatile in termini di possibilità di monitorare e scavare nella dinamica dei sistemi non hermitiani vicino a un punto eccezionale", afferma.

Christodoulides afferma che il lavoro fondamentale è un passo importante verso lo sfruttamento del potenziale di questi sistemi.

"Comprendendo meglio la fisica alla base dei sistemi non hermitiani, saremo in grado di progettare le variazioni di perdita e guadagno di energia necessarie per la realizzazione di tecnologie ottiche integrate ma efficienti e potenti", afferma Christodoulides.

Khajavikhan rileva l'abilità tecnica necessaria per eseguire lo studio e le future strade di ricerca che apre.

"Questo lavoro impegnativo è stato guidato da tre dottorande e studentesse laureate:Hadiseh, Gisela Lopez-Galmiche e Helena E. Lopez-Aviles", afferma Khajavikhan. "Il loro lavoro apre nuove frontiere di ricerca nell'utilizzo di piattaforme fotoniche per emulare sistemi complessi. Fondamentalmente hanno costruito un computer ottico analogico molto potente."

Lopez-Galmiche era un ricercatore post-dottorato presso CREOL e Lopez-Aviles si è laureato al programma di dottorato di CREOL. + Esplora ulteriormente

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