一种偏振宇称时间对称光子系统

如下图所示该系统由一个单一的空间环路组成，其中两个等效的偏振环路由循环的正交偏振态的光束构成。为了实现PT（parity-time）对称，在双折射光路中通过控制PC1来调节正交偏振光波之间的相位延迟、功率比和耦合系数，通过控制耦合路径中的PC2来调节激光阈值。PC:偏振控制器；Pol:偏振器；EDFA:掺铒光纤放大器；OC:光耦合器；TOF:可调光滤波器。

近年来，宇称时间对称光子和光电子系统得到了广泛的研究，取得了重大的基础物理和技术成果。PT对称系统的一个主要特点是在单模激光中有效地选择模式，其中通常使用两个几何结构相同的交叉耦合和空间分离的谐振腔。因此，在单模式和对称模式之间存在一个强的增强型激光系统。然而，严格的要求不仅增加了结构复杂度、成本高、易受环境扰动的影响，而且限制了片上器件的紧凑性。

在发表在《光科学与应用Light Science & Applications》杂志上的一篇新论文中，由暨南大学光子学技术研究所广东省光纤传感与通信重点实验室的Jiejun Zhang教授领导的一组科学家提出了一种新的技术，旨在单个空间谐振器中实现PT对称。通过控制空间谐振器的偏振相关响应，可以调谐由正交偏振态光形成的两个偏振环的局域本征频率、增益、损耗和耦合系数，以实现PT对称。极化PT对称性概念的提出为实现非厄米光子系统开辟了新的途径，在非厄米光子系统中可以使用各种光学参数，包括偏振、波长、横模和光学角动量。

作为一个演示，基于这一概念的光纤环形激光器实现了无需使用高Q值滤光片的稳定单模激光。采用极化分集的单光纤环路实现了PT对称系统。实验中，环形光纤激光器的腔长为41m，模间距为4.88mhz。利用极化PT对称性可以有效地抑制边模，抑制比大于47.9db。测量了环形光纤激光器的线宽为129khz，波长可调范围为35nm。

在一个单物理光纤环路中，通过偏振控制器控制光的偏振状态来实现偏振分集。掺铒光纤放大器用于提供光增益。通过调节两个偏振模的损耗、增益和耦合强度，实现了从输出光谱中观察到的PT对称性。由于只需要一个物理环路，所以大大简化了实现，因此只需要一个物理环路。

“测得的激光线宽为129kHz，由于腔内长光纤对环境干扰的敏感性很高，因此该线宽被展宽。”他们补充说，“通过使用有源腔稳定技术或隔离激光系统来抑制这些噪声，线宽可以减小到2.4kh的洛伦兹线宽。”

这项技术为在光子系统中实现非空间参数空间中的PT对称提供了一个新的概念。不局限于极化参数空间，“我们可以通过构造各种参数空间来采用这一概念。随着物理结构的简化，这一概念可以应用于其他领域，以促进PT对称机制的应用，”研究人员总结道。

原文链接：https://phys.org/news/2020-10-polarimetric-parity-time-symmetric-photonic.html