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物理学报 2022年第13期71卷 22-28页

作者：曲登科范毅薛鹏东南大学物理学院南京 211189 北京计算科学研究中心北京 100084 中国人民解放军陆军步兵学院石家庄 050083 北京计算科学研究中心北京 100084

近期,满足宇称-时间对称性的非厄米系统的研究取得了令人印象深刻的进展,如物理系统拓扑性质和奇异点处临界性的观测.宇称-时间对称的非幺正动力学的一个至关重要的方面就是系统与环境之间的信息流动.本文利用量子态间的可区分性这一物... 详细信息

近期,满足宇称-时间对称性的非厄米系统的研究取得了令人印象深刻的进展,如物理系统拓扑性质和奇异点处临界性的观测.宇称-时间对称的非幺正动力学的一个至关重要的方面就是系统与环境之间的信息流动.本文利用量子态间的可区分性这一物理量,统一量化了低维与高维宇称-时间对称的非厄米系统和环境之间的信息流动.数值计算结果表明,在宇称-时间对称性保持的相区域可以观测到量子态间可区分性的振荡以及完全的信息恢复.然而在宇称时间对称性破坏的相区域,信息处于指数衰减的状态.奇异点处标志着信息流动的可逆与不可逆的临界性,量子态间的可区分性表现出幂律衰减的行为.理解非幺正量子动力学中的这些独特的现象为研究开放量子系统提供了重要视角,并且有助于其在量子信息中的应用.

关键词：非厄米宇称-时间对称性信息恢复可区分性

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相干完美吸收-激光器的最新进展及其未来应用展望

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Journal of Central South University 2022年第10期29卷 3203-3216页

作者： YANG Min-ye YE Zhi-lu ZHU Liang FARHAT Mohamed CHEN Pai-Yen Department of Electrical and Computer Engineering University of Illinois at ChicagoChicagoIL 60607United States Computer Electricaland Mathematical Science and Engineering DivisionKing Abdullah University of Science and Technology(KAUST)Thuwal 23955-6900Saudi Arabia

近年来,非厄米系统,特别是宇称-时间(PT)对称系统引起的特殊物理现象吸引了许多科研人员。具有光谱退化性质的异常点(EP)和特征值分别为无限大及零的相干完美吸收-激光(CPAL)点是其中最为热门的研究课题。迄今为止,对于作为PT对称系统... 详细信息

近年来,非厄米系统,特别是宇称-时间(PT)对称系统引起的特殊物理现象吸引了许多科研人员。具有光谱退化性质的异常点(EP)和特征值分别为无限大及零的相干完美吸收-激光(CPAL)点是其中最为热门的研究课题。迄今为止,对于作为PT对称系统的破缺相和确定相边界的EP讨论已经有了非常多的成果。然而,针对CPAL点的理论分析和实验验证,相对于EP来说,仍有不足。与EP不同,CPAL点作为PT对称系统中破缺相中的一个特殊解,可能会表现出更加违反直觉的物理特征,而这些表现可能对研究非厄米物理学有着重要的意义。本文回顾了在不同物理子学科中关于CPAL现象的一些研究,包括光学、电子和电磁学、以及声学。此外,对于CPAL系统未来可能的发展方向及应用给出了一些设想。

关键词：宇称-时间对称性相干完美吸收-激光器光谱奇点非厄米物理学

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高噪声光信号传输的均衡技术研究

高噪声光信号传输的均衡技术研究

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作者：何鹏翔华中科技大学

学位级别：硕士

随着第五代移动通信技术的商用普及,数据流量需求呈爆炸式增长,基站的压力也越来越大。光传输系统作为承载信息传输的基石,系统的传输能力亟需提升。因此,进一步提高低信噪比光传输系统的传输性能是当前的关键问题。本文的主要研究内容... 详细信息

随着第五代移动通信技术的商用普及,数据流量需求呈爆炸式增长,基站的压力也越来越大。光传输系统作为承载信息传输的基石,系统的传输能力亟需提升。因此,进一步提高低信噪比光传输系统的传输性能是当前的关键问题。本文的主要研究内容如下:(1)针对S参数无法正确仿真基于宇称-时间(PT)对称的新型法布里-珀罗(FP)激光器的信号传输特性的问题,提出了基于含有等效非线性噪声信号传输的误码分布统计模型,并且建立了基于PT对称FP激光器传输的仿真系统,经过该系统的信号由等效非线性噪声建模。(2)针对含有较大噪声信号输入均衡器造成基于常规LMS算法均衡器难以获得最佳抽头系数的问题,本文提出一种改进最小均方算法(LMS),利用均衡器输入噪声得到用于抽头系数更新的等效误差信号,使得抽头系数更接近于最佳解,提升均衡性能。在仿真系统接收端采用基于改进LMS算法前向均衡(FFE)和基于常规LMS算法的判决反馈均衡(DFE)组合均衡方法后输出信号均方误差更低,接着搭建了基于PT对称FP激光器传输的实验系统,采用改进LMS-FFE和常规LMS-DFE组合方法均衡性能更好。当发送速率为5 Gb/s的15阶伪随机码型信号时,采用本文提出的方法后误码率从1.23×10降低至3.28×10,比基于常规LMS算法的组合均衡后的误码率(8.68×10)低62.2%。(3)针对基于常规LMS算法均衡对低光信噪比光传输系统均衡能力有限的问题,提出改进LMS-DFE均衡方法。建立25 Gb/s低信噪比传输仿真系统,该系统加入高斯白噪声,接收端采用改进LMS-DFE方法后有更好的均衡性能,搭建了25 Gb/s低光信噪比光收发系统,采用改进LMS-DFE均衡方法后性能更佳。当系统光信噪比为10.57d B时,码型为15阶伪随机码,采用改进LMS-DFE均衡后误码率(1.58×10)比常规LMS-DFE均衡后误码率结果(2.52×10)低37.3%。

关键词：光传输系统宇称-时间对称性最小均方算法判决反馈均衡光信噪比

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原子芯片上指数型布居增长的原子输运

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光学学报 2018年第9期38卷 35-42页

作者：赵子豪王晓晨李博李萌蒋小军钱军李晓林中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

超冷原子体系中要观测增益平衡的宇称-时间(PT)对称,需产生受控的原子布居增益/损耗及相干耦合。本文提出了动态控制原子芯片上双阱中原子输运实现原子布居指数增长的方法。采用直接蒙特卡罗方法数值研究了原子系综在双阱间的输运动力学... 详细信息

超冷原子体系中要观测增益平衡的宇称-时间(PT)对称,需产生受控的原子布居增益/损耗及相干耦合。本文提出了动态控制原子芯片上双阱中原子输运实现原子布居指数增长的方法。采用直接蒙特卡罗方法数值研究了原子系综在双阱间的输运动力学,发现初始原子数和温度会显著影响输运效果,如目标势阱中的原子布居增益速率和转移效率。此外,还细致分析了左侧势阱抬升时间对右侧势阱中原子布居增长趋势的影响效果。该方案为在超冷原子气体中实现有增益/损耗的PT对称量子体系提供了切实可行的方法。

关键词：超冷原子原子芯片宇称-时间对称性双阱直接模拟蒙特卡罗方法

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光学超材料中的宇称—时间对称研究

光学超材料中的宇称—时间对称研究

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作者：张艳荣南开大学

学位级别：硕士

在量子力学诞生后的将近一个世纪以来,宇称-时间对称性(parity-time symmetry)正在快速发展和革新量子理论,其中包括非厄密哈密顿量(non-Hermitian Hamiltonian)这一特殊家族。在理论概念上令人新奇的同时,在量子光子学中也留下了从未... 详细信息

在量子力学诞生后的将近一个世纪以来,宇称-时间对称性(parity-time symmetry)正在快速发展和革新量子理论,其中包括非厄密哈密顿量(non-Hermitian Hamiltonian)这一特殊家族。在理论概念上令人新奇的同时,在量子光子学中也留下了从未探索过的宇称-时间对称性系统(parity-time symmetric system)。灵活性极高的量子光子学不仅重新开拓了非厄密哈密顿体系理论,还在实验上利用介质材料的增益(gain)和损耗(loss)特性实现非厄密体系本征态的叠加与简并。因此,非厄密量子力学将成为探索新型光学器件和特征功能材料的理想平台。诚然适用于电子的薛定谔方程(Schr?dinger equation)和描述电磁波变化的麦克斯韦理论(Maxwell theory)之间存在明显的差异,但是在特定情况下,这两者在数学结构上的相通性为我们充分研究光子学的宇称-时间对称性理论提供了可行性。在电磁学中,介电常数ε和磁导率μ是描述材料电磁特性的两个基本参数。在非厄密体系中,通过改变折射率的实部n和虚部n,使得介电常数ε和磁导率μ从实数域(real field)扩展到了整个复数域(complex field)。相应的,通过设计和加工材料的增益和损耗,量子光子特性的实现从理想模型延伸到了内禀损耗的实际模型。本论文在前人已有的工作基础之上,做了如下的具体工作:宇称-时间对称性条件下,异常放大的光传输现象(anomalous amplified optical transmissions)和类似连续介质中的束缚态模式(bound state in continuum-like)在超材料(metamaterials)中的单向相互作用(unidirectional interaction)。带有损耗的洛伦兹谐振腔模型(lossy Lorentz oscillators)可以精确描述该理论。此理论为全波数值模拟(full-wave simulation)提供了良好的条件。在单向耦合的情况下,宇称-时间对称的超材料具有两个异常的偏振行为:放大传输和类似于连续介质中的束缚态的超窄频谱传输。这些现象与单向场传输过程或间接单向场势阱共振有关。此理论有利于光存储,场放大或者激光等应用的发展。基于宇称-时间对称性条件,具有增益介质超材料(gain-mediated meta materials)中的异常共振。研究具有特定增益系数的异性结构超材料如何影响光场的散射问题。彼此偶合的暗模式(dark mode)和亮模式(bright mode)的相互作用在矩阵的本征值中具有奇异性,因此会产生高质量因子(high-Q)的共振模式。在全波段范围的三维有限元光学仿真中,较好地证明了此现象:在奇异点处,外界电场被有效地放大,亮模式与暗模式发生异常共振现象。这种奇异性与其他高质量因子的共振存在区别:宇称-时间对称系统的散射、转移矩阵中的光谱奇异性以及连续介质中的束缚态。该理论具有非厄密体系中的奇异点,有望在非线性光学中得到应用。周期性弯曲光波导(periodically curved waveguides)中的宇称-时间对称性的相位转换。此研究基于宇称-时间对称条件下的调制性弯曲波导,介于两个共振波导之间的耦合强度决定宇称-时间对称的相位,何时为破缺何时为对称。通过控制两个光波导在空间上弯曲的情况,使得它们在宇称-时间对称相位(parity-time symmetric phase)和宇称-时间破缺相位(parity-time broken phase)之间周期性切换。局部宇称-时间破缺相位的存在并不一定会阻止相波传播到波导内部。进一步提出了用于布里渊区边界(brillouin zone edge)的波的集体动力学行为,这些趋势集中在完全破缺的相位(totally broken phase),部分破裂的相位(partially broken phase)或完全对称的相位(totally unbroken phase)。布里渊区边界处的两种特殊类型的奇异点(exceptional point)的特征,并表明它们的场模式彼此偏移了半个周期(half period)。全波数值模拟很好地证明了此理论。这项研究有助于我们了解局部宇称-时间对称相关的本征态是如何影响空间中周期性弯曲波导的集体动力学。图44幅,参考文献126篇。

关键词：纳米光子学宇称-时间对称性非厄密系统超材料

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