【摘 要】
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非厄米复合体系的拓扑性质和量子传感是当前的研究热点。整体宇称-时间(PT)对称性对于决定非厄米复合体系的实能谱,拓扑特性以及输运性质起着非常重要的作用。因此,调控一个非厄米复合体系的整体PT对称性是一个非常重要和有挑战性的任务。PT对称的光学波导阵列具有独特的光学性质,为整体PT对称性及拓扑性质的研究提供了一个完美的实验平台,并在激光以及集成光子学等方面具有重要的潜在应用价值,因此激起了广泛地研究
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非厄米复合体系的拓扑性质和量子传感是当前的研究热点。整体宇称-时间(PT)对称性对于决定非厄米复合体系的实能谱,拓扑特性以及输运性质起着非常重要的作用。因此,调控一个非厄米复合体系的整体PT对称性是一个非常重要和有挑战性的任务。PT对称的光学波导阵列具有独特的光学性质,为整体PT对称性及拓扑性质的研究提供了一个完美的实验平台,并在激光以及集成光子学等方面具有重要的潜在应用价值,因此激起了广泛地研究兴趣。本文以二维PT对称四通道光学波导阵列为研究对象,来说明怎样通过调节周期调制去操控体系的整体PT对称性、异常点及其动力学。本文的结构如下:第一章,我们首先介绍了 PT对称性的定义、应用及其调控,然后综述了光学波导阵列中PT对称性的研究进展。第二章,我们研究了周期调制对单个PT对称四通道波导体系PT对称恢复、高阶异常点(EPs)和动力学的影响。发现周期调制不仅可以恢复体系破缺的PT对称性,而且可以通过调节调制幅度去控制PT对称性。此外,我们还发现体系可以出现多个EPs,并且随着调制幅度的变化,这些EPs可以发生碰撞和合并,从而导致Floquet高阶异常点出现。进一步通过定义平均相对光强度分布,探索了这些EPs附近的动力学特性。我们发现可以通过周期调制和增益或耗散参数去控制体系光的传播方向。第三章,通过将单个PT对称四通道波导体系扩展到周期调制的二维PT对称四通道光学波导阵列,我们研究了周期调制对体系整体PT对称性的Floquet控制。对于具有非均匀耦合强度k1≠k的没有调制的阵列,除了常规的整体PT对称的相和PT对称破缺的相外,我们还发现一个新奇的相,其整体PT对称性在开边界条件下是破缺的,而在周期边界条件下仍然是没有破缺的,我们称其为BIPT相。并解析地给出了相的边界为k1>k+(?)和1≤γ≤2,在这个相中体系在左边界存在一对零能的边缘态,这对边缘态具有纯虚的能量本征值,而其他4N-2个体态的本征值是实的。然后分析和数值地研究了具有调制的阵列的自发整体PT对称破缺的参数依赖性。由于左边界两个边缘态PT对称破缺的临界值γgce与调制参数A/ω无关,而体态PT对称破缺的临界值γgcb可以通过调整A/ω来调小,因此通过调节参数A/ω,可以将BIPT相的区域控制得很窄甚至消失。更有趣的是,无论波导阵列是否具有初始的整体PT对称性,周期调制不仅可以恢复破缺的整体PT对称性,还可以通过调整调制幅度去控制它。因此,对于这样一个周期调制的二维光学阵列,其横向周期结构的整体特性仅仅通过调节纵向周期调制的调制幅度就可以控制它。这些研究结果不仅为光学材料的设计和调控提供了一种潜在的方法,而且还可能具有特殊的技术重要性。第四章,我们给予了总结,并展望了一些可能的研究问题。贯穿整个论文,我们将探索如何利用周期调制去调控二维PT对称四通道光学波导阵列的整体PT对称性、异常点和动力学。作者的研究工作主要集中在第二,三章。
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