利用非线性光波导结构模拟周期驱动的非线性量子体系

拟通过本项目的研究，揭示光在周期性调制的非线性光波导耦合器中的一些传播特性，利用光波导模拟一些量子物理中的重要现象。特别是，利用非线性光波导模拟和证明对称性周期驱动场和非对称性周期驱动场调控量子态运动的本质区别, 拟开展以下三个方面的工作：1）研究光在对称性周期调制和非对称性周期调制的两个耦合波导中传播时低频部分的物理机制；2）定义一个直观的物理量，来描述锯齿波(形)的双频周期驱动力的不对称程度，研究非线性系统的动力学行为与双频周期驱动力的不对称程度的本质关系；3）利用光在对称性周期调制和非对称性周期调制的非线性光波导中的传播性质的不同，设计一个在光波导系统中能够用实验演示或观测非线性Berry 相位的理论方案。

本项目利用Floquet理论研究了光在周期调制的耦合光波导器中的一些传播特性，利用光波导结构模拟、证明和揭示了一些新的量子物理现象，并提出了相应的实验方案。主要研究内容包括：（1）在周期调制的光波导耦合器中揭示了一种新的量子现象：赝宇称－时间对称（Pseudo-parity–time symmetry），并在数学上利用多重尺度微扰法给出了赝PT对称的根源；（2）在周期驱动的量子系统中揭示了一种新的量子态：dark Floquet state。这种新的量子态把这两个著名的量子现象CDT和dark state紧密地联系起来了，提供了一种新的量子控制的可能。同时，dark Floquet state的存在，为隧穿的相干破坏（coherent destruction of tunneling , CDT）和光子辅助隧穿（photon-assisted tunneling, PAT）两种量子现象提供了新的物理机制；（3）利用同相位周期驱动场控制光晶格中的量子态的定向隧穿或耦合光波导陈列中光的定向传播。