能動–受動結合マイクロ共振器におけるパリティ・時間対称性と可変光アイソレーション

利得と損失を有する複合フォトニック構造によって、非エルミートなパリティ・時間対称量子力学に基づくさまざまな理論的提案を検証する強力なプラットフォームが得られ、保存構造を超えて光ビームや光パルスを整形する新しい可能性がひらかれる。そうした構造は、実スペクトルを持つパリティ・時間対称複素ポテンシャルの光学版として設計できる。しかし、ビームダイナミクスは、非自明な波干渉と相転移効果によって、保存系とは異なる特異な特徴を示すことがある。今回我々は、実効利得と損失が均衡した2つの直接結合した高Qシリカマイクロトロイド共振器において、1,550 nmの波長でパリティ・時間対称光学素子をチップ上で実験的に実現している。我々はさらに、この複合系を用いて、大きなパラメーター可変空間において利得飽和非線形性によって時間反転対称性を破ることにより、−8 dBから+8 dBの非相反アイソレーション比でスイッチングできる光アイソレーションを実現している。重要なのは、我々の方式によって、光アイソレーター、オンチップ光制御、光通信への応用が見込まれる新たなマイクロスケールのフォトニック構造体の合成に向けて扉が開かれることである。