Kohti utopistisia verkkoja

Fysiikan alalla synteettiset dimensiot (SD:t) ovat nousseet yhdeksi aktiivisen tutkimuksen rajoista, ja ne tarjoavat polun tutkia ilmiöitä korkeampiulotteisissa tiloissa perinteisen 3D-geometrisen avaruuden ulkopuolella.

Konsepti on kerännyt merkittävää huomiota erityisesti topologisessa fotoniikassa, koska se voi avata rikkaan fysiikan, jota ei ole saatavilla perinteisissä ulottuvuuksissa.

Yksi tavanomaisen 3D-avaruuden tärkeimmistä haasteista on monimutkaisten hilarakenteiden kokeellinen toteuttaminen tietyillä kytkennöillä. Synteettiset dimensiot tarjoavat ratkaisun tarjoamalla helpommin saatavilla olevan alustan monimutkaisten resonaattoriverkkojen luomiseen anisotrooppisilla, pitkän kantaman tai dissipatiivisilla kytkennöillä. Tämä kyky on jo johtanut uraauurtaviin demonstraatioihin ei-hermeettisestä topologisesta käämityksestä, pariteetti-aikasymmetriasta ja muista ilmiöistä.

Järjestelmän sisällä olevia erilaisia​​parametreja tai vapausasteita, kuten taajuusmuotoja, spatiaalisia tiloja ja kiertoradan kulmamomentteja, voidaan käyttää synteettisien dimensioiden rakentamiseen, mikä lupaa sovellutuksia erilaisilla aloilla optisesta viestinnästä topologisen eristeen lasereihin.

Keskeinen tavoite tällä alalla on "utopistisen" resonaattoriverkoston rakentaminen, jossa mikä tahansa moodipari voidaan kytkeä hallitusti. Tämän tavoitteen saavuttaminen edellyttää tarkkaa moodin manipulointia fotonijärjestelmissä, mikä tarjoaa mahdollisuuksia parantaa tiedonsiirtoa, energiankeruun tehokkuutta ja laserryhmän säteilyä.

Kuten Advanced Photonics -julkaisussa kerrotaan, kansainvälinen tutkijaryhmä on luonut mukautettavat aaltoputkien ryhmät synteettisten modaalimittojen määrittämiseksi. Tämä edistysaskel mahdollistaa valon tehokkaan hallinnan fotonijärjestelmässä ilman, että tarvitaan monimutkaisia ​​lisäominaisuuksia, kuten epälineaarisuutta tai ei-hermeettisyyttä.

 Professori Zhigang Chen Nankain yliopistosta huomauttaa: "Kyky säätää erilaisia ​​​​valomuotoja järjestelmän sisällä vie meidät askeleen lähemmäksi "utopististen" verkkojen saavuttamista, joissa kaikki kokeen parametrit ovat täysin hallittavissa."

Työssään tutkijat moduloivat häiriöitä ("heiluntataajuuksia") etenemiselle, joka vastaa eri valomuotojen välisiä eroja. Tätä varten he käyttävät keinotekoisia neuroverkkoja (ANN) suunnittelemaan aaltojohtoryhmiä todellisessa avaruudessa. ANN:t on koulutettu luomaan aaltoputkikokoonpanoja, joilla on täsmälleen halutut tilakuviot. Nämä testit auttavat paljastamaan, kuinka valo etenee ja rajoittuu ryhmien sisään.

Professori Hrvoje Buljan Zagrebin yliopistosta sanoo: "Fotoniikan lisäksi tämä työ tarjoaa välähdyksen geometrisesti vaikeapääsyiseen fysiikkaan. Se on lupaava sovelluksille, jotka vaihtelevat moodilaasingista kvanttioptiikkaan ja tiedonsiirtoon."

Sekä Chen että Buljan huomauttavat, että topologisen fotoniikan ja synteettisen ulottuvuuden fotoniikan vuorovaikutus ANN:iden avulla avaa uusia mahdollisuuksia löydöille, jotka voivat johtaa ennennäkemättömiin materiaaleihin ja laitesovelluksiin.

Aiheesta aiemmin:

Synteettisiä ulottuvuuksia hyödyntämään
Neljäs ulottuvuus 3D-tulostukseen