[論文レビュー] Efficient Light Funneling based on the non-Hermitian Skin Effect

Sebastian Weidemann, Mark Kremer+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2020

Quantum Mechanics and Non-Hermitian Physics参考文献 31被引用数 87

ひとこと要約

本論文は、格子の異方性を設計して非エルミート表皮効果を大規模なフォトニックメッシュに誘発することで、励起に関係なく光を界面へと圧倒的に集束させることを示している。

ABSTRACT

In the last two decades, the ubiquitous effect of dissipation has proven to entail astonishing non-Hermitian features, rather than just being an inescapable nuisance. As an alternative route to non-Hermiticity, we tailor the anisotropy of a lattice, which constitutes an, up to now, barely exploited degree of freedom. In this case, the appearance of an interface dramatically alters the entire eigenmode spectrum, leading to the exponential localization of all modes at the interface, which goes beyond the expectations for Hermitian systems. This effect is dubbed "non-Hermitian skin effect". We experimentally demonstrate it by studying the propagation of light in a large scale photonic mesh lattice. For arbitrary excitations, we find that light is always transported to the interface, realizing a highly efficient funnel for light.

研究の動機と目的

• 散逸を超えるフォトニック系設計ツールとして非エルミニティを動機づける。
• 界面誘起のスペクトル変化が、すべての固有モードを境界に局在させ得ることを探る。
• 大規模なフォトニック格子における実験的なスケーラブルな光の集束を実証する。

提案手法

• フォトニックメッシュにおいて非エルミート表皮効果を実現するために格子の異方性を調整する。
• 格子内の任意の励起に対する光の伝搬を研究する。
• 界面での固有モードの指数的局在を実験的に観察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異方性設計の非エルミート表皮効果は、界面へ向けた普遍的な光の集束を引き起こすことができるか？
• RQ2 この表皮効果は大規模なフォトニック格子においてすべての固有モードを界面に局在化させるか？
• RQ3 界面は任意の励起に対する固有モードスペクトルと光の伝搬にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 任意の励起に対して光が界面へ伝搬し、高効率な光の集束扇として機能する。
• 界面誘起の非エルミート表皮効果は、すべてのモードを界面で指数的に局在化させる。
• 大規模なフォトニックメッシュ格子での実験的デモンストレーションを実施。
• 非エルミティ性は設計自由度として散逸ではなく異方性を用いて実現される。