激光网3月20日消息，在物理学领域，合成维度已成为积极研究的前沿之一，为探索高维空间中的现象提供了一条途径，超越了我们传统的 3D 几何空间。这个概念引起了人们的极大关注，特别是在拓扑光子学领域，因为它有可能解锁传统维度无法触及的丰富物理学。
研究人员提出了各种理论框架来研究和实现SDs，旨在利用合成规范场、量子霍尔物理、离散孤子和四维或更高维度的拓扑相变等现象。这些建议可能会对物理学产生新的基本理解。
传统三维空间的主要挑战之一是通过实验实现具有特定耦合的复杂晶格结构。SD 提供了一种解决方案，它提供了一个更易于访问的平台，用于创建具有各向异性、长程或耗散耦合的复杂谐振器网络。这种能力已经导致了非厄米特拓扑缠绕、奇偶校验时间对称和其他现象的突破性演示。
系统中的各种参数或自由度，如频率模式、空间模式和轨道角动量，可用于构建SD，有望在从光通信到拓扑绝缘体激光器等不同领域应用。
该领域的一个关键目标是构建一个“乌托邦式”谐振器网络，其中任何一对模式都可以以受控方式耦合。实现这一目标需要在光子系统中进行精确的模式操纵，为增强数据传输、能量收集效率和激光阵列辐射提供途径。
现在，正如《先进光子学》所报道的那样，一个国际研究团队已经创建了可定制的波导阵列，以建立合成模态维度。这一进步允许在光子系统中有效控制光，而不需要复杂的额外功能，如非线性或非封闭性。
南开大学的陈志刚教授指出：“在系统内调整不同光模式的能力使我们离实现'乌托邦'网络更近了一步，在这种网络中，实验的所有参数都是完全可控的。
在他们的工作中，研究人员调制了与不同光模式之间的差异相匹配的传播的扰动。为此，他们采用人工神经网络在真实空间中设计波导阵列。人工神经网络经过训练，可以创建具有所需模式模式的波导设置。这些测试有助于揭示光如何在阵列内传播和被限制。
最后，研究人员演示了使用人工神经网络来设计一种特殊类型的光子晶格结构，称为Su-Schrieffer-Heeger晶格。该晶格具有特定功能，可以对整个系统的光进行拓扑控制。这使他们能够改变光传播的体积模式，展示其合成尺寸的独特特性。
这项工作的影响是巨大的。通过微调波导距离和频率，研究人员旨在优化集成光子器件的设计和制造。
萨格勒布大学的Hrvoje Buljan教授说：“除了光子学之外，这项工作还提供了对几何学上难以接近的物理学的一瞥。它为从模式激光到量子光学和数据传输等应用带来了广阔的前景。
Chen和Buljan都指出，由人工神经网络驱动的拓扑光子学和合成维度光子学的相互作用为发现开辟了新的可能性，这些发现可能导致前所未有的材料和器件应用。
