Hamiltonian Engineering inIntegrated Photonics

QC 2026-09-11

Abstract

Denna avhandling undersöker emuleringen av komplex vågdynamik, topologiskafaser och icke-hermitska system med hjälp av integrerade fotoniskakretsar, och adresserar begränsningarna hos traditionella statiska och energibevarelsebaseradeoptiska system genom passiva och omkonfigurerbaraarkitekturer.Den experimentella grunden vilar på två kompletterande plattformar: passivakretsar av kiselnitrid för simulering av statisk spatial utbredning, samtprogrammerbara nätverk av Mach-Zehnder-interferometrar (MZI) på kiselpå-isolator (SOI). Genom att använda singulärvärdesuppdelning (SVD) syntetiserarde aktiva nätverken tidsdiskreta evolutionsoperatorer för att dynamisktjustera kopplingsamplituder och lokala potentialer (on-site potentials).Inom det hermitska ramverket tillhandahåller de passiva kretsarna observationellabevis för den topologiska Andersonfasen och en återinträdandemetall-isolator-övergång driven av rumsligt korrelerad oordning. Vidare användsdet aktiva MZI-nätverket för att emulera Bloch-Siegert-skiftet. Genomatt kartlägga den tidsdiskreta utvecklingen av ett drivet tvånivåsystem påspatial utbredning demonstrerar systemet resonanshopp och omvandlingenav dubbelriktade Rabi-oscillationer till enkelriktad transport.Det experimentella omfånget utvidgas därefter till den icke-hermitska regimen.Genom att tillämpa metoden för unitär dilation introducerar hjälpmoderer(ancillary modes) på det programmerbara nätverket en kontrolleraddissipation för att syntetisera icke-unitära operatorer. Detta tillvägagångssättmöjliggör förverkligandet av en icke-hermitsk hamiltonian i ett parameterområdemotsvarande en Kleinflaska, vilket ger experimentella signaturer förenligamed parade exceptionella punkter (exceptional points). Genom implementeringenav radstokastiska Markovmatriser demonstreras dessutom dissipationsinduceradmultimod-fassynkronisering, där synkroniseringshastighetenstyrs av spektralgapet och verkar oberoende av absolut optisk dämpning.Sammanfattningsvis utforskar denna avhandling hamiltonsk ingenjörskonstpå integrerade fotoniska plattformar som en metod för att simulera topologiskaoch icke-hermitska fenomen. De undersökta arkitekturerna och dissipativamekanismerna erbjuder ett ramverk för att studera grundläggandevågfysik och föreslår potentiella vägar för framtida tillämpningar inom optiskaneurala nätverk förbättrade med exceptionella punkter, samt optiskasammankopplingar med hög bandbredd.

Link to DiVA