中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、唐建順等人提出，在基于諧振器耦合陣列的合成頻率維度模擬器中，采用馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）替代傳統(tǒng)的固定分束器進(jìn)行耦合鏈接，從而在頻率格點(diǎn)之間引入更豐富的耦合類型。并在實(shí)驗(yàn)上以雙諧振環(huán)結(jié)構(gòu)作為示例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一維緊束縛晶格、霍爾梯子、克魯茲梯子等模型的模擬，驗(yàn)證了該方法的多功能性。8月20日，該成果發(fā)表于《自然-通訊》。
使用可控的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜的物理模型進(jìn)行模擬，可以研究難以直接得到的材料和體系的性質(zhì)，這對(duì)于驗(yàn)證物理理論以及預(yù)測(cè)物理現(xiàn)象具有重要意義。合成頻率維度模擬器是其中重要研究方向。在以往的合成頻率維度工作中，人們常采用固定分束器來(lái)耦合環(huán)形諧振器，這引入了不同環(huán)形諧振器的頻率格點(diǎn)之間的耦合，但是這種耦合通常是固定的，限制了合成頻率維度模擬器的靈活性和豐富性。因此，實(shí)現(xiàn)一種擴(kuò)展性和重構(gòu)性更好的耦合架構(gòu)，是利用合成頻率維度來(lái)實(shí)現(xiàn)更豐富的模型模擬能力的關(guān)鍵。同時(shí)，得益于高的電光系數(shù)和光子器件制備技術(shù)的發(fā)展，片上薄膜鈮酸鋰平臺(tái)天然地適合用于構(gòu)建光子的合成頻率維度模擬器。
在此次工作中，研究組為了解決這一領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的困難，提出采用MZI干涉儀輔助環(huán)形諧振器進(jìn)行耦合的方案，從而可以任意調(diào)控環(huán)形諧振器的耦合強(qiáng)度。更進(jìn)一步，通過(guò)在MZI上施加射頻調(diào)制信號(hào)可以在不同空間維度上的頻率格點(diǎn)之間引入交叉耦合。在實(shí)驗(yàn)上，研究組以雙諧振器模型為例，制備了相應(yīng)的薄膜鈮酸鋰光子芯片。通過(guò)控制器件的直流和射頻參數(shù)實(shí)現(xiàn)了諸如一維緊束縛模型、霍爾梯子模型，并首次在光子合成頻率維度領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了克魯茲梯子模型的模擬。模擬觀察到自旋動(dòng)量鎖定、拓?fù)淦綆?、阿哈羅諾夫-玻姆籠效應(yīng)等現(xiàn)象。研究組提出的耦合配置架構(gòu)極大地豐富了頻率維度格點(diǎn)的可控耦合類型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了這種配置模擬復(fù)雜模型的強(qiáng)大潛力。
研究人員介紹，該工作解決了光子合成頻率領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的一個(gè)開放性問(wèn)題，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。工作中提出的配置豐富了可控耦合的類型，對(duì)于實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？删幊叹Ц衲Ｐ偷哪M至關(guān)重要，并顯著提高了模擬器的多功能性。
審稿人高度評(píng)價(jià)該成果，“這篇論文是合理且論證充分的，它解決了頻率維度中至今仍未解決的難題之一”。“這是在合成維度演示克魯茲梯子模型的早期工作之一，可能是第一個(gè)在光子頻率維度中實(shí)現(xiàn)的”。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63114-w
本文鏈接：研究提出并實(shí)現(xiàn)多功能片上合成頻率維度模擬器http://www.sq15.cn/show-11-25201-0.html
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