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(lái)編織三束光，通過(guò)引導光束沿著(zhù)旋轉的、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》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(shuō)，非阿貝爾編織光是類(lèi)似于發(fā)生在電子系統的光學(xué)模擬中的現象，稱(chēng)為非阿貝爾·貝利相位，這個(gè)概念自上世紀80年代以來(lái)已經(jīng)為人所知，電子傳播通過(guò)可以設計成具有拓撲缺陷的電子媒介，如旋渦，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(chēng)為零模式，它攜帶全電子電荷的分數電荷，綁定到編織缺陷結構中，并作為傳播電荷的指向參考。

　　新的研究標志著(zhù)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。研究人員建議，一組波導可以被安排在一個(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，所以當它通過(guò)介質(zhì)傳播時(shí)，光會(huì )沿一條編織的路徑進(jìn)行傳輸。

　　“相比電子系統，這項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)的結構缺陷，”Iadecola表述。“這樣的缺陷在固態(tài)電子系統中是很有用處的，但在這項研究中所建議的光學(xué)模擬工作，可以為觀(guān)察到非阿貝爾編織提供另一種途徑。光學(xué)系統的考慮的優(yōu)勢是，他們有高度的可調性，可以精確地控制編制路徑上的缺陷情況。”

　　在電子和光學(xué)系統的編織過(guò)程中，以不同的順序執行相同的編制會(huì )產(chǎn)生不同的結果，即將會(huì )產(chǎn)生不同的非阿貝爾性質(zhì)。非阿貝爾性質(zhì)直接從編織結構的零模式中產(chǎn)生，且不同于大多數的電或光的引導過(guò)程，它不依賴(lài)于過(guò)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，因為它構成一個(gè)在物理結構上生動(dòng)體現了的拓撲結構，”Iadecola說(shuō)。“用于捕獲光和進(jìn)行編織的旋渦，是在波導晶格中的有序圖案的拓撲缺陷。我們相信，在光電路元件中可能夠使用到這些“拓撲”的波導晶格，這是我們將來(lái)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(shuō)的是它們在量子級與少數的光子共同存在發(fā)生的情況，但即使有大量的光子存在，這種現象仍然存在?；谶@個(gè)原因，編織光可以通過(guò)使用量子和經(jīng)典的光的描述進(jìn)行理解。

　　研究人員預計，編織光可以利用現存的技術(shù)通過(guò)實(shí)驗實(shí)現，他們已經(jīng)提出了一個(gè)實(shí)驗準備進(jìn)行驗證。該實(shí)驗使用一個(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(guò)探測器進(jìn)行探測是否不同的編織次序會(huì )產(chǎn)生光的不同相位，從而給出光的非阿貝爾特性的證據。

　　“我們打算與波導光學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗工作人員一起合作，實(shí)現我們這次提出的這個(gè)版本的實(shí)驗，”Iadecola說(shuō)。“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‘拓撲引導模式’。