波士頓物理學(xué)家新研究 光編織方法

　　物理學(xué)家們已經(jīng)提出了一種方法來編織三束光，通過引導(dǎo)光束沿著旋轉(zhuǎn)的、渦旋狀的存在光學(xué)缺陷的介質(zhì)中，進(jìn)行光束的傳輸。編織光將有一個(gè)不尋常的“非阿貝爾”的性質(zhì)，即它的相位取決于相互纏繞的缺陷的順序。

　　波士頓大學(xué)的物理學(xué)家，ThomasIadecola、ThomasSchuster和ClaudioChamon在最近一期的《物理評論快報(bào)》雜志上發(fā)表了這一對非阿貝爾編織光的研究。

　　正如科學(xué)家解釋說，非阿貝爾編織光是類似于發(fā)生在電子系統(tǒng)的光學(xué)模擬中的現(xiàn)象，稱為非阿貝爾·貝利相位，這個(gè)概念自上世紀(jì)80年代以來已經(jīng)為人所知，電子傳播通過可以設(shè)計(jì)成具有拓?fù)淙毕莸碾娮用浇椋缧郎u，則可以互相纏繞形成編織物。在電子介質(zhì)中，零能量態(tài)被稱為零模式，它攜帶全電子電荷的分?jǐn)?shù)電荷，綁定到編織缺陷結(jié)構(gòu)中，并作為傳播電荷的指向參考。

　　新的研究標(biāo)志著這是第一次和功能一起的零模式的編織，而這在理論上已被證明存在于光學(xué)系統(tǒng)。研究人員建議，一組波導(dǎo)可以被安排在一個(gè)包含旋渦的圖案中，其中的渦流的精確位置可以使用的飛秒激光器被蝕刻到光學(xué)介質(zhì)中。每一個(gè)旋渦都可以捕獲一束光，所以當(dāng)它通過介質(zhì)傳播時(shí)，光會沿一條編織的路徑進(jìn)行傳輸。

　　“相比電子系統(tǒng)，這項(xiàng)工作的最大意義在于它表明了光學(xué)中存在的與非阿貝爾編織的光相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)缺陷，”Iadecola表述。“這樣的缺陷在固態(tài)電子系統(tǒng)中是很有用處的，但在這項(xiàng)研究中所建議的光學(xué)模擬工作，可以為觀察到非阿貝爾編織提供另一種途徑。光學(xué)系統(tǒng)的考慮的優(yōu)勢是，他們有高度的可調(diào)性，可以精確地控制編制路徑上的缺陷情況。”

　　在電子和光學(xué)系統(tǒng)的編織過程中，以不同的順序執(zhí)行相同的編制會產(chǎn)生不同的結(jié)果，即將會產(chǎn)生不同的非阿貝爾性質(zhì)。非阿貝爾性質(zhì)直接從編織結(jié)構(gòu)的零模式中產(chǎn)生，且不同于大多數(shù)的電或光的引導(dǎo)過程，它不依賴于過程中的步驟的順序。

　　“事實(shí)上，以一個(gè)非交換的方式進(jìn)行光的編織其實(shí)很有趣的，因?yàn)樗鼧?gòu)成一個(gè)在物理結(jié)構(gòu)上生動體現(xiàn)了的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，”Iadecola說。“用于捕獲光和進(jìn)行編織的旋渦，是在波導(dǎo)晶格中的有序圖案的拓?fù)淙毕?。我們相信，在光電路元件中可能夠使用到這些“拓?fù)?rdquo;的波導(dǎo)晶格，這是我們將來所進(jìn)一步研究探索的一個(gè)途徑。

　　光學(xué)零模式的另一個(gè)有趣的方面是，雖然上述說的是它們在量子級與少數(shù)的光子共同存在發(fā)生的情況，但即使有大量的光子存在，這種現(xiàn)象仍然存在?；谶@個(gè)原因，編織光可以通過使用量子和經(jīng)典的光的描述進(jìn)行理解。

　　研究人員預(yù)計(jì)，編織光可以利用現(xiàn)存的技術(shù)通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，他們已經(jīng)提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備進(jìn)行驗(yàn)證。該實(shí)驗(yàn)使用一個(gè)干涉儀，其中光在兩個(gè)臂上以一個(gè)不同的順序進(jìn)行編織。然后通過探測器進(jìn)行探測是否不同的編織次序會產(chǎn)生光的不同相位，從而給出光的非阿貝爾特性的證據(jù)。

　　“我們打算與波導(dǎo)光學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)工作人員一起合作，實(shí)現(xiàn)我們這次提出的這個(gè)版本的實(shí)驗(yàn)，”Iadecola說。“我們還想測試一些是否有其他光學(xué)平臺，可以支持我們在論文中研究的這種‘拓?fù)湟龑?dǎo)模式’。