Pesquisadores da Universidade da Flórida Central fazem parte de uma equipe que revelou, pela primeira vez, os meandros de como a luz se comporta em sistemas ópticos dinâmicos avançados com configurações conhecidas como arranjos não-Hermitianos.
Em sistemas não-hermitianos, os valores de energia permitidos criam superfícies de auto-interseção com uma topologia única e pontos de ramificação, que são conhecidos como pontos excepcionais. As superfícies se cruzam em uma torção, designada por um ponto excepcional.

A equipe descobriu que a topologia de uma superfície de energia em um arranjo não-Hermitiano desempenha mais um papel em como a luz se comporta em um sistema que evolui no tempo do que o enrolamento estrito em torno de um ponto excepcional. Isso inclui comportamentos como transferência de estado quiral, na qual um estado de saída é bloqueado na direção do enrolamento, no sentido horário ou anti-horário.

As descobertas, que foram publicadas recentemente na revista Nature , poderia estimular o desenvolvimento de novos mecanismos para manipulação de luz e prometer profundas implicações para tecnologias como lasers miniaturizados e robustos e sensores baseados em luz de alta precisão.

Os pesquisadores fizeram suas observações construindo um emulador fotônico novo e multifacetado que lhes permitiu monitorar a evolução da luz laser pulsada no sistema quando variava lentamente ao longo de um caminho fechado na proximidade de um ponto excepcional.

“A plataforma de emulação óptica que foi criada pode ser usada para modelar alguns dos fenômenos físicos mais desconcertantes da natureza”, diz o coautor do estudo Mercedeh Khajavikhan, professor de física e engenharia elétrica e de computação da Universidade do Sul da Califórnia.

As observações experimentais desafiam as demonstrações anteriores, mas apoiam as recentes previsões teóricas de Khajavikhan e co-autor do estudo Demetrios Christodoulides, o Cobb Family Endowed Chair e Pegasus Professor of Optics na CREOL da University of Central Florida, The College of Optics and Photonics.

Suas previsões mostraram que a saída de um sistema óptico não-hermitiano - independentemente de sua entrada - é canalizada para um dos dois estados predefinidos, dependendo da direção em que uma trajetória fechada ocorre dinamicamente nas proximidades ou em torno de um ponto excepcional .

"Outros estudos analisaram apenas o que acontece na entrada e saída do sistema", diz o principal autor do estudo, Hadiseh Nasari, associado de pós-doutorado da Universidade do Sul da Califórnia e do CREOL da UCF, The College of Optics and Photonics, onde o trabalho foi realizado. "Eles não foram capazes de ver o que acontece no decorrer do processo."

"Nosso emulador é bastante versátil em termos da possibilidade de monitorar e aprofundar a dinâmica de sistemas não-Hermitianos perto de um ponto excepcional", diz ela.

Christodoulides diz que o trabalho fundamental é um passo importante para aproveitar o potencial desses sistemas.

"Ao entender melhor a física subjacente dos sistemas não-Hermitianos, seremos capazes de projetar as variações de perda e ganho de energia que são necessárias para a realização de tecnologias ópticas integradas, mas eficientes e poderosas", diz Christodoulides.

Khajavikhan observa a habilidade técnica necessária para realizar o estudo e os caminhos de pesquisa futuros que ele abre.

"Este trabalho desafiador foi liderado por três pós-doutorandos e estudantes de pós-graduação - Hadiseh, Gisela Lopez-Galmiche e Helena E. Lopez-Aviles", diz Khajavikhan. "O trabalho deles abre novas fronteiras de pesquisa no uso de plataformas fotônicas para emular sistemas complexos. Eles construíram essencialmente um computador analógico óptico muito poderoso."

Lopez-Galmiche foi pesquisador de pós-doutorado no CREOL, e Lopez-Aviles é graduado do programa de doutorado do CREOL. + Explorar mais

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