[论文解读] 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 87

一句话总结

该论文证明通过工程晶格各向异性以诱导大型光子网格中的非厄米边界效应，使光在无论激发如何都被不可抗拒地汇聚到界面。

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.

研究动机与目标

• 将非厄米性作为光子系统设计工具的动机，超越耗散。
• 探索界面诱导的谱变化如何将所有本征模在边界处局域化。
• 在大型光子晶格中进行可扩展光汇聚的实验演示。

提出的方法

• 定制晶格各向异性以在光子网格中实现非厄米边界效应。
• 研究在晶格中对任意激发的光传播。
• 在界面处实验观察到本征模的指数局域化。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以通过各向异性设计的非厄米边界效应实现对界面的全局光汇聚？
• RQ2 在大型光子晶格中，边界效应是否将所有本征模在界面处局域化？
• RQ3 界面对本征模谱及任意激发下的光传输有何影响？

主要发现

• 光对于任意激发被输送到界面，充当高效的光汇聚器。
• 界面诱导的非厄米边界效应使所有模在界面处呈指数局域化。
• 在大型光子网格晶格中完成了实验演示。
• 非厄米性通过各向异性实现，而非耗散作为设计自由度。