Sensing with Exceptional Surfaces in Order to Combine Sensitivity with Robustness

稳健性(进化) 灵敏度(控制系统) 超曲面 光子学 引力奇点 计算机科学 物理 电子工程 光学 数学 工程类 数学分析 生物化学 量子力学 基因 化学
作者
Qi Zhong,Jinhan Ren,Mercedeh Khajavikhan,Demetrios N. Christodoulides,Şahin Kaya Özdemir,Ramy El‐Ganainy
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:122 (15) 被引量:147
标识
DOI:10.1103/physrevlett.122.153902
摘要

Exceptional points (EPs) are singularities that arise in non-Hermitian physics. Current research efforts focus only on systems supporting isolated EPs characterized by increased sensitivity to external perturbations, which makes them potential candidates for building next generation optical sensors. On the downside, this feature is also the Achilles heel of these devices: they are very sensitive to fabrication errors and experimental uncertainties. To overcome this problem, we introduce a new design concept for implementing photonic EPs that combine the robustness required for practical use together with their hallmark sensitivity. Particularly, our proposed structure exhibits a hypersurface of Jordan EPs (JEPs) embedded in a larger space, and having the following peculiar features: (1) A large class of undesired perturbations shift the operating point along the exceptional surface (ES), thus leaving the system at another EP which explains the robustness; (2) Perturbations due to back reflection/scattering force the operating point out of the ES, leading to enhanced sensitivity. Importantly, our proposed geometry is relatively easy to implement using standard photonics components and the design concept can be extended to other physical platforms such as microwave or acoustics.
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