中国科大提出并实现多功能片上合成频率维度模拟器

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在片上光学合成频次维度范畴取患上重要进展。该团队李传锋、唐建顺等人提出正在基于谐振器耦合阵列的合成频次维度摹拟器中，采纳马赫-曾德尔干预干与仪（MZI）替换传统的固定分束器举行耦合链接，从而正在频次格点之间引入更富厚的耦合类型。并正在试验上以双谐振环布局作为示例，完成了对一维紧束厄局促晶格、霍尔梯子、克鲁兹梯子等模子的摹拟，验证了该要领的多功用性。该结果8月20日以“Versatile photonic frequency synthetic dimensions using a single progra妹妹able on-chip device”为题颁发正在国际出名期刊《天然•通信》上。

　　应用可控的光学体系对庞大的物理模子举行摹拟，可以研究难以间接获得的资料以及系统的性子，这关于验证物理实践和预测物理征象具备重要意思。合成频次维度摹拟器是此中重要研究标的目的。正在以往的合成频次维度事情中，人们常采纳固定分束器来耦合环形谐振器，这引入了没有同环形谐振器的频次格点之间的耦合，可是这类耦合凡是是固定的，限定了合成频次维度摹拟器的矫捷性以及富厚性。是以，完成一种扩大性以及重构性更好的耦合架构，是哄骗合成频次维度来完成更富厚的模子摹拟才能的要害。同时，患上益于高的电光系数以及光子器件制备技能的成长，片上薄膜铌酸锂平台自然地合适用于构建光子的合成频次维度摹拟器。

　　正在本事情中，研究组为相识决这一范畴恒久存正在的坚苦，提出采纳MZI干预干与仪帮助环形谐振器举行耦合的方案，从而可以肆意调控环形谐振器的耦合强度。更进一步，经由过程正在MZI上施加射频调制旌旗灯号可以正在没有同空间维度上的频次格点之间引入交织耦合。正在试验上，研究组以双谐振器模子为例，制备了响应的薄膜铌酸锂光子芯片。经由过程节制器件的直流以及射频参数完成了诸如一维紧束厄局促模子、霍尔梯子模子，并初次正在光子合成频次维度范畴中完成了克鲁兹梯子模子的摹拟。摹拟察看到自旋动量锁定、拓扑平带、阿哈罗诺夫-玻姆笼效应等征象。研究组提出的耦合设置架构极年夜地富厚了频次维度格点的可控耦合类型，试验成果展示了这类设置摹拟庞大模子的壮大后劲。

图1. 哄骗合成频次维度对晶格收集举行设置摹拟和试验安装示用意。

图2. 试验观测的克鲁兹梯子模子的能带和阿哈罗诺夫-玻姆笼效应。

　　本事情解决了光子合成频次范畴恒久存正在的一个开放性问题，同时正在试验长进行了验证。事情中提出的设置富厚了可控耦合的类型，关于完成年夜范围可编程晶格模子的摹拟相当重要，并显著普及了摹拟器的多功用性。

　　审稿人高度评估该结果“The paper is sound and well-reasoned in that it addresses one of the challenges in frequency dimensions that have remained unsolved till now（这篇论文是合理且论证充实的，它解决了频次维度中至今仍未解决的难题之一）”。”The demonstration of the Creutz ladder is among the first ones in synthetic dimensions, and probably the first one in photonic frequency dimensions（这是正在合成维度演示克鲁兹梯子模子的晚期事情之一，多是第一个正在光子频次维度中完成的）”。

　　量子收集安徽省重点试验室博士生汪兆安、博士生曾晓东、副传授王轶韬为论文的配合第一作者。该事情获得了合胖国度试验室、国度天然迷信基金委、中国迷信院、安徽省以及中国博士后基金的赞助。唐建顺感激中国迷信院青年立异促成会的撑持。