电子产业一站式赋能平台

PCB联盟网

搜索
查看: 209|回复: 0
收起左侧

Nature Communications | Floquet拓扑耗散Kerr孤子与非公度频率梳

[复制链接]

983

主题

983

帖子

9792

积分

高级会员

Rank: 5Rank: 5

积分
9792
发表于 2024-11-21 08:01:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
引言
* o9 ?' p8 B1 }% w使用具有Kerr非线性的微环谐振器产生相干光频梳,显著推进了对时域耗散孤子及其应用的基础认识。传统的Kerr频率梳的特点是在频率上呈现相位锁定、等距分布的谱线。然而,最新研究发现了一种新型的Floquet拓扑孤子频率梳,这种频率梳出现在利用Floquet拓扑设计的二维强耦合谐振器阵列中[1]。4 F% h1 Y$ u6 |; F

f1s2txokaw16404961717.png

f1s2txokaw16404961717.png

5 U( e/ G" ]6 h! n1 q3 \) f4 ?$ L1 L8 _: ]+ }1 E" h) {$ b. P5 `
Floquet拓扑孤子系统基础! B4 C% v& y( w5 G9 A/ b  N5 T
该系统由二维方形环形谐振器阵列构成,谐振器之间通过近场耦合与最近邻谐振器相连。谐振器间的耦合强度取决于在阵列中的位置,参数化为κa = sin(θA)和κb = sin(θB)。这种排列形成了包含四个谐振器的单元,使阵列可以容纳最多四个能带。
9 q5 w9 z0 |! |) o

5vlmbdbzayc6404961818.png

5vlmbdbzayc6404961818.png

* O. M; _  ^4 i& C8 ~' D图1:(a)产生Floquet拓扑频率梳的二维环形谐振器阵列示意图,(b,c)AF相位中的传输谱和能带结构,(d-f)边缘态和体态的强度分布。  |& i$ j  l! V) n
" [2 s5 P* P4 V# i% T! S4 x  g
这些能带的拓扑性质由耦合强度κa和κb决定。当谐振器之间的耦合强度与自由光谱范围(FSR)相当时,系统表现出非平凡的拓扑性质。在这种强耦合状态下,系统被视为Floquet系统,因为无法用常规的有效哈密顿量和单模近似来描述。/ V+ E. t/ c' q0 z
4 |5 [4 Y* r# t6 Q1 R. ], N0 z. ]$ D, |
反常Floquet相位中的非公度频率梳8 z) Z$ c  O2 Q( ~0 L
在反常Floquet(AF)相位中,边缘态出现在特定归一化频率失谐附近的所有能带隙中。这种相位被称为"反常",是因为即使所有能带的陈数为零,边缘态仍然存在。
; |- O5 S& E, Z9 O

qozj22xwcpr6404961918.png

qozj22xwcpr6404961918.png

2 f( A; A4 `' d图2:(a-c)AF相位中的能带结构和吸收谱,(d)显示相位锁定超级孤子分子的强度分布,(e)显示超级孤子脉冲的时域输出,(f-h)显示非公度性质的输出频率梳谱。: c8 r$ c1 o+ E# R7 T$ l/ i) v

+ f' g* ?/ x4 n( G6 t+ T( ~' ^当在边缘态共振附近泵浦时,阵列边缘形成Floquet超级孤子分子。在这种状态下,边缘上的三个不同环谐振器各自包含一个相位锁定的单孤子,环中相对位置保持不变。
  Z( ]& q0 O9 S# {6 ~( ^
) ]& V: s0 X- h; i3 OAF相位中的公度频率梳) q  G% \) j# y: ]/ a
通过调节耦合参数并保持在AF相位中,可以产生规则间隔的公度频率梳。
# j3 g0 j  s3 A3 k

nvdx5jmgwso6404962018.png

nvdx5jmgwso6404962018.png

1 C9 H/ Z8 I& y7 ^4 h  a( t图3:(a,b)显示减小体带宽的能带结构和吸收谱,(c)频率梳功率变化,(d)显示单个超级孤子环绕的强度分布,(e-h)显示规则频率梳产生的时域和频域输出。, F! a/ ?$ ~5 I+ D+ {6 G
. t4 h% }7 N) ^: L$ g
当选择耦合参数θA = 0.49π和θB = 0.01π时,该系统仍处于反常Floquet相位,但显著减小了体能带宽度,同时增加了边缘能带宽度。在泵浦频率失谐δωp = 0.40994ΩR时,观察到阵列中形成单个超级孤子。在这种状态下,边缘上只有一个环谐振器包含单个孤子,沿逆时针方向环绕阵列。相应的,时域输出包含单个脉冲,以超环谐振器的往返时间τSR(约17τR)重复。
3 S) [7 X* o  A2 q! d) Q% B; }3 I9 m  ~' e$ x1 F7 ?
陈绝缘体相位中的孤子分子
8 i$ D6 _: M- ^7 ~陈绝缘体(CI)相位呈现三个体能带,其中两个具有非零陈数,表现出拓扑非平庸性。这三个体能带被两个边缘能带分隔。  U- D2 Y+ Q& |5 l, l* f0 n

cehziwrv14t6404962118.png

cehziwrv14t6404962118.png

/ g$ ]% u# L/ Z% v/ n* I图4:(a,b)CI相位中的能带结构和吸收谱,(c)泵浦功率变化,(d)显示在交替边缘环中形成孤子的强度分布,(e-h)显示单一边缘模式振荡的时域和频域输出。8 Y/ G& q' B5 Y$ c! C
  J: U1 k0 J# x9 J
当在边缘态共振附近调节泵浦频率至δωp = 0.0964ΩR,并调整归一化输入泵浦场至Ein = 0.025时,可以观察到一种全新的孤子分子状态:除了始终存在孤子的角落环外,边缘上的交替环各自精确包含一个孤子。这些孤子在环中的位置保持相位锁定,随时间推移,这种强度分布在阵列中保持稳定。, L) F5 H% {6 F! ?
8 h; V( L* D  m1 J# H3 W$ R
Floquet频率梳的鲁棒性和可调谐性
  ?2 b3 |- `" u  u

c4tox450gk16404962219.png

c4tox450gk16404962219.png
6 r3 f# b, o1 n# p
图5:(a)边缘态绕过阵列缺陷的路径,(b,c)具有修改线间距的产生频率梳谱,(d-g)展示无相干损失的孤子绕路演示。
8 i, c  ]7 k3 x7 b/ T/ M5 y; X  t3 H9 k/ o/ l3 Q, x% z1 v
拓扑边缘态的一个关键特征是对缺陷和无序的鲁棒性。这种特性在强非线性存在的情况下仍然适用于Floquet拓扑孤子。系统可以在标准光子技术平台上实现,如硅氮化物平台,典型参数包括250GHz的FSR、1 MHz的色散以及约8×106的本征品质因数。产生非公度孤子频率梳所需的泵浦功率约为0.6 W,这与典型的Kerr频率梳产生相当。4 ?8 ~! U$ h  k0 ~

, W, Q+ t" @5 g/ u9 p% j7 S总结
8 b2 W' h4 t; o" ]Floquet拓扑耗散Kerr孤子和非公度频率梳代表了光频率梳领域的重要进展。这种新型频率梳超越了传统频率梳等距频率的定义,为精密测量、光谱学、光通信和光量子技术提供了新的研究方向。这些系统的鲁棒性和可调谐性,加上在存在缺陷时保持相干性的能力,使其在实际应用中具有独特优势。实验参数与现有技术平台兼容,预示着这项技术具有实现的可行性。随着这一领域的持续发展,强耦合非线性谐振器阵列结合Floquet和拓扑设计原理,将在光操控和频率梳产生方面取得更多进展。( j& H$ m- k* v6 c# P9 h: ]
# v! V7 F+ r6 a9 p' S, a& u! ^
参考文献% o7 d5 G* ~( _/ ]
[1] S. D. Hashemi and S. Mittal, "Floquet topological dissipative Kerr solitons and incommensurate frequency combs," Nature Communications, vol. 15, no. 9642, pp. 1-9, 2024, doi: 10.1038/s41467-024-53995-8.
" o) n- a# o* M  E* z: Y6 M4 O+ O8 x/ Q0 K# p- o0 H$ V' r* Z; W
END
( g) ~: ~* S9 `1 F2 h. P& f) E

. u; ]6 }% v3 ?+ U
9 [$ I: U1 \+ @; b软件申请我们欢迎化合物/硅基光电子芯片的研究人员和工程师申请体验免费版PIC Studio软件。无论是研究还是商业应用,PIC Studio都可提升您的工作效能。5 ]+ u2 A/ b4 k; A* t
点击左下角"阅读原文"马上申请/ _0 I" @  ^  i  ?# Q3 v) ]

& C8 `! O% j. k7 ?2 k9 a) w欢迎转载7 m% U% ]; _$ o
# F& z$ Q5 W2 v2 c& {
转载请注明出处,请勿修改内容和删除作者信息!: J8 e% ^+ f! q5 D, F

# N- ]& h. E" R# ]" H7 K  y- [) l; y/ n, y& t) W. d2 F; z6 `

, o# p+ K& f. R3 `2 ~6 e8 j

skdxfq5tms56404962319.gif

skdxfq5tms56404962319.gif

9 R$ H; a' i; e1 P, A2 @3 R! g! e
关注我们
# H: `# U  R: ^0 E3 G  X3 k- Q7 _4 O% ~8 O. W% h
) z3 h, k7 ?2 n

lnwxpvz150s6404962419.png

lnwxpvz150s6404962419.png

0 R+ p1 X- H$ _

( P! E1 H( K0 U" ~& `# \/ K4 Q

02f3x1i4krj6404962519.png

02f3x1i4krj6404962519.png

* \; M( B! [# s9 p/ n1 V) ^

% x, r+ ]7 L: a7 H

hvj2rlh1av16404962619.png

hvj2rlh1av16404962619.png

% R" a& M4 O4 L+ U( M$ A
                     
& A( J- J2 q' C! s3 x1 E4 W0 P0 l3 `. H4 g
" K/ g  y0 m7 F. H
3 L9 ~/ J1 r% @/ X
关于我们:3 R8 i  n/ u: M/ H2 d! E
深圳逍遥科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家专注于半导体芯片设计自动化(EDA)的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件,提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务,广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作,推动特色工艺半导体产业链发展,致力于为客户提供前沿技术与服务。, \  H* C: G: _# m1 F/ q" D+ a. f3 f; E. _
' g- u8 s1 l$ h+ e% M4 z7 G4 p' Z
http://www.latitudeda.com/* C1 J) P0 H+ A* d( d% X( P
(点击上方名片关注我们,发现更多精彩内容)
回复

使用道具 举报

发表回复

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则


联系客服 关注微信 下载APP 返回顶部 返回列表