Investigadores de la Universidad de Florida Central son parte de un equipo que ha revelado, por primera vez, las complejidades de cómo se comporta la luz en sistemas ópticos dinámicos avanzados con configuraciones conocidas como disposiciones no hermitianas.

En los sistemas no hermitianos, los valores de energía permitidos crean superficies de autointersección con una topología única y puntos de bifurcación, que se conocen como puntos excepcionales. Las superficies se cruzan entre sí en un giro, designado por un punto excepcional.

El equipo descubrió que la topología de una superficie de energía en una disposición no hermítica juega un papel más importante en el comportamiento de la luz en un sistema que evoluciona en el tiempo que en un enrollamiento estricto alrededor de un punto excepcional. Esto incluye comportamientos como la transferencia de estado quiral, en la que un estado de salida se bloquea en la dirección del devanado, ya sea en sentido horario o antihorario.

Los hallazgos, que se publicaron recientemente en la revista Nature , podría impulsar el desarrollo de nuevos mecanismos para la manipulación de la luz y prometer profundas implicaciones para tecnologías como los láseres miniaturizados y robustos y los sensores de alta precisión basados ​​en la luz.

Los investigadores realizaron sus observaciones mediante la construcción de un emulador fotónico novedoso y multifacético que les permitió monitorear la evolución de la luz láser pulsada en el sistema cuando varió lentamente a lo largo de un camino cerrado en la proximidad de un punto excepcional.

"La plataforma de emulación óptica que se realizó se puede usar para modelar algunos de los fenómenos físicos más desconcertantes de la naturaleza", dice la coautora del estudio Mercedeh Khajavikhan, profesora de física e ingeniería eléctrica e informática en la Universidad del Sur de California.

Las observaciones experimentales desafían las demostraciones anteriores, pero respaldan las predicciones teóricas recientes de Khajavikhan y el coautor del estudio Demetrios Christodoulides, presidente de la familia Cobb y profesor de Óptica Pegasus en CREOL, la Facultad de Óptica y Fotónica de la Universidad de Florida Central.

Sus predicciones han demostrado que la salida de un sistema óptico no hermitiano, independientemente de su entrada, se canaliza hacia uno de los dos estados predefinidos, dependiendo de la dirección en la que se produce dinámicamente una trayectoria cerrada en la vecindad o alrededor de un punto excepcional. .

"Otros estudios han analizado solo lo que sucede en la entrada y salida del sistema", dice el autor principal del estudio, Hadiseh Nasari, asociado postdoctoral de la Universidad del Sur de California y CREOL de la UCF, la Facultad de Óptica y Fotónica, donde el se realizó el trabajo. "No pudieron ver lo que sucede en el transcurso del proceso".

"Nuestro emulador es bastante versátil en términos de la posibilidad de monitorear y profundizar en la dinámica de los sistemas no hermitianos cerca de un punto excepcional", dice.

Christodoulides dice que el trabajo fundamental es un paso importante hacia el aprovechamiento del potencial de estos sistemas.

"Al comprender mejor la física subyacente de los sistemas no hermitianos, podremos diseñar las variaciones de pérdida y ganancia de energía que se necesitan para la realización de tecnologías ópticas integradas pero eficientes y potentes", dice Christodoulides.

Khajavikhan señala la habilidad técnica que se necesitaba para realizar el estudio y las futuras vías de investigación que abre.

"Este desafiante trabajo fue dirigido por tres mujeres posdoctoradas y estudiantes de posgrado:Hadiseh, Gisela Lopez-Galmiche y Helena E. Lopez-Aviles", dice Khajavikhan. "Su trabajo abre nuevas fronteras de investigación en el uso de plataformas fotónicas para emular sistemas complejos. Básicamente, construyeron una computadora analógica óptica muy poderosa".

López-Galmiche fue investigadora posdoctoral en CREOL, y López-Avilés se graduó del programa de doctorado de CREOL. + Explora más

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