波士頓物理學家新研究 光編織方法

OFweek激光網訊：物理學家們已經提出了一種方法來編織三束光，通過引導光束沿著旋轉的、渦旋狀的存在光學缺陷的介質中，進行光束的傳輸。編織光將有一個不尋常的「非阿貝爾」的性質，即它的相位取決於相互纏繞的缺陷的順序。

波士頓大學的物理學家，ThomasIadecola、ThomasSchuster和ClaudioChamon在最近一期的《物理評論快報》雜誌上發表了這一對非阿貝爾編織光的研究。

正如科學家解釋說，非阿貝爾編織光是類似於發生在電子系統的光學模擬中的現象，稱為非阿貝爾·貝利相位，這個概念自上世紀80年代以來已經為人所知，電子傳播通過可以設計成具有拓撲缺陷的電子媒介，如旋渦，則可以互相纏繞形成編織物。在電子介質中，零能量態被稱為零模式，它攜帶全電子電荷的分數電荷，綁定到編織缺陷結構中，並作為傳播電荷的指向參考。

新的研究標誌著這是第一次和功能一起的零模式的編織，而這在理論上已被證明存在於光學系統。研究人員建議，一組波導可以被安排在一個包含旋渦的圖案中，其中的渦流的精確位置可以使用的飛秒激光器被蝕刻到光學介質中。每一個旋渦都可以捕獲一束光，所以當它通過介質傳播時，光會沿一條編織的路徑進行傳輸。

「相比電子系統，這項工作的最大意義在於它表明了光學中存在的與非阿貝爾編織的光相關聯的結構缺陷，」Iadecola表述。「這樣的缺陷在固態電子系統中是很有用處的，但在這項研究中所建議的光學模擬工作，可以為觀察到非阿貝爾編織提供另一種途徑。光學系統的考慮的優勢是，他們有高度的可調性，可以精確地控制編製路徑上的缺陷情況。」

在電子和光學系統的編織過程中，以不同的順序執行相同的編製會產生不同的結果，即將會產生不同的非阿貝爾性質。非阿貝爾性質直接從編織結構的零模式中產生，且不同於大多數的電或光的引導過程，它不依賴於過程中的步驟的順序。

「事實上，以一個非交換的方式進行光的編織其實很有趣的，因為它構成一個在物理結構上生動體現了的拓撲結構，」Iadecola說。「用於捕獲光和進行編織的旋渦，是在波導晶格中的有序圖案的拓撲缺陷。我們相信，在光電路元件中可能夠使用到這些「拓撲」的波導晶格，這是我們將來所進一步研究探索的一個途徑。

光學零模式的另一個有趣的方面是，雖然上述說的是它們在量子級與少數的光子共同存在發生的情況，但即使有大量的光子存在，這種現象仍然存在。基於這個原因，編織光可以通過使用量子和經典的光的描述進行理解。

研究人員預計，編織光可以利用現存的技術通過實驗實現，他們已經提出了一個實驗準備進行驗證。該實驗使用一個干涉儀，其中光在兩個臂上以一個不同的順序進行編織。然後通過探測器進行探測是否不同的編織次序會產生光的不同相位，從而給出光的非阿貝爾特性的證據。

「我們打算與波導光學領域的實驗工作人員一起合作，實現我們這次提出的這個版本的實驗，」Iadecola說。「我們還想測試一些是否有其他光學平台，可以支持我們在論文中研究的這種『拓撲引導模式』。

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