Paritet-tids-symmetriska fotoniska och optoelektroniska system undersöks intensivt nyligen, som har åstadkommit betydande fundamentala fysikaliska och tekniska resultat. En av de viktigaste egenskaperna hos ett PT-symmetriskt system är dess effektivitet vid val av läge i singelmodslasring, där två korskopplade och rumsligt separerade resonatorer med identiska geometrier vanligtvis används. Ett PT-symmetriskt lasersystem har en starkt förbättrad förstärkningsskillnad mellan det dominanta läget och sidoläget, vilket gör enkelmodsvängning möjlig. Dock, stränga krav leder inte bara till ökad strukturell komplexitet, hög kostnad, och stark känslighet för miljöstörningar, men begränsar också kompaktheten när on-chip-enheter krävs.

I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , ett team av forskare, ledd av professor Jiejun Zhang från Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Institutet för fotonikteknik, Jinan University har föreslagit en ny teknik som syftar till att realisera PT-symmetri i en enda rumslig resonator. Genom att manipulera det polarisationsberoende svaret hos den rumsliga resonatorn, lokaliserade egenfrekvenser, få, förlust, och kopplingskoefficienter för två polarimetriska slingor bildade av ljus med ortogonala polarisationstillstånd kan ställas in för att uppnå PT-symmetri. Det föreslagna polarimetriska PT-symmetrikonceptet öppnar nya vägar för implementering av icke-hermitiska fotoniska system, där en mängd optiska parametrar, inklusive polarisering, våglängd, tvärläge och optisk vinkelmomentum, kan användas.

Som en demonstration, En fiberringlaser baserad på detta koncept som stöder stabil och singelmodslasring utan att använda ett optiskt hög-Q-filter implementeras. Det PT-symmetriska systemet är implementerat i en enda fiberslinga med polarimetrisk mångfald. I experimentet, fiberringlasern har en kavitetslängd på 41 m med ett lägesavstånd så litet som 4,88 MHz. Användningen av polarimetrisk PT-symmetri möjliggör effektiv undertryckning av sidolägena med ett undertryckningsförhållande större än 47,9 dB. Linjebredden på ljuset som genereras av fiberringlasern mäts till 129 kHz med ett våglängdsavstämbart område på 35 nm.

"I en enda fysisk fiberslinga, den polarimetriska mångfalden implementeras genom att styra ljusets polarisationstillstånd via polarisationskontroller. En erbiumdopad fiberförstärkare är inbyggd för att ge en optisk förstärkning. Genom att trimma förlusten, förstärkning och kopplingsstyrka för de två polarimetriska lägena, PT-symmetri implementeras, som kan observeras från utgångsspektrumet. Eftersom endast en enda fysisk slinga krävs, implementeringen är avsevärt förenklad, och stabiliteten är mycket förbättrad."

"Den uppmätta laserlinjebredden är 129 kHz, som breddas på grund av systemets höga känslighet för miljöstörningar på grund av en lång fiber i kaviteten. Genom att undertrycka dessa ljud med hjälp av aktiv kavitetsstabiliseringsteknik eller isolerade lasersystem, linjebredden kan reduceras till dess Lorentziska linjebredd på 2,4 kH, ." lade de till.

"Den presenterade tekniken ger ett nytt koncept för att implementera PT-symmetri i icke-spatialt parameterutrymme i fotoniska system. Inte begränsat till det polarimetriska parameterutrymmet, man kan anta detta koncept genom att konstruera olika parameterutrymmen. Med förenklade fysiska strukturer, detta föreslagna koncept är redo att tillämpas på andra områden för att främja tillämpningen av PT-symmetrimekanismen, ", avslutar forskarna.