锁模激光器是先进的激光器，可产生非常短的光脉冲，持续时间从飞秒到皮秒不等。这些激光器广泛用于研究超快和非线性光学现象，但它们也被证明可用于各种技术应用。

加州理工学院的研究人员最近一直在探索锁模激光器作为研究拓扑现象平台的潜力。他们发表在《自然物理学》上的论文概述了这些激光器在研究和实现新的非厄米拓扑物理方面的潜力，以及各种潜在的应用。

该论文的主要作者AlirezaMarandi告诉Phys.org：“在过去十年中，利用光子器件的拓扑鲁棒性和拓扑保护的想法引起了广泛关注，但这种行为是否能够带来实质性的实际好处仍不清楚。”

“我们一直在专门针对激光器和非线性光子器件探索这个问题，这些器件的功能本质上是非线性的。顺便说一句，拓扑物理领域也在围绕拓扑和非线性的相互作用不断发展，而用于此类探索的实验平台相对稀疏。”

马兰迪和他的同事最近进行的研究有两个目标。一方面，他们希望为非线性拓扑行为的研究开辟新的机遇，另一方面，他们希望拓宽拓扑物理在锁模激光器中的实际应用。

“从实验的角度来看，我们的平台是一个时分复用谐振器网络，它由长谐振器中的许多同步脉冲组成，”马兰迪解释道。“脉冲可以使用精确的延迟线以可控的方式相互耦合。这使我们能够创建具有很大灵活性的大型谐振器的可编程网络。这在其他平台中并不容易。”

在2022年发表的一篇早期论文中，研究人员探索了大型光子谐振器中的拓扑现象，特别是在线性状态中。作为新研究的一部分，他们使用相同的谐振器来实现耦合锁模激光器。

研究小组表明，这些激光器产生的脉冲图案可以受益于非厄米和拓扑现象。本质上，他们创造了一种长腔、多脉冲、锁模激光器，并在其内部引入了一个结(即以拓扑方式耦合其脉冲)。

马兰迪说：“我们实验方法的灵活性使我们能够研究拓扑和激光锁模的交叉点，并实现以前未在光子系统中演示过的非厄米拓扑物理。”

“例如，我们发现非厄米拓扑和我们系统的非线性动力学之间的协同作用在我们的锁模激光器中自发地产生趋肤模式。这与线性非厄米拓扑系统形成鲜明对比，在线性非厄米拓扑系统中趋肤模式必须用外部来源。”

马兰迪和他的合作者最近的这项工作证明了锁模激光器在研究拓扑物理方面的前景，而迄今为止，这在实验上很难实现。此外，他们的研究可以激发锁模激光器的使用，以开发新的传感、计算和通信技术。

此外，在实验中，研究人员使用他们开发的激光来确认用于研究随机移动粒子行为的数学模型(称为波塔诺-尼尔森模型)针对无序诱导定位的稳健性。虽然该模型之前已被广泛研究，但尚未在锁模光子平台上得到验证。

Marandi说：“具体到这一认识，我们进一步探索了Hatano-Nelson模型针对无序引起的定位的稳健性，以及它如何能够设计稳健的频率梳源。”“通常情况下，这种对某些事物的鲁棒性伴随着对其他​​事物的敏感性。”

在接下来的研究中，Marandi和他的同事将尝试使用他们的方法来探索Hatano-Nelson模型作为具有增强灵敏度的传感器的用途。此外，他们希望他们的研究能够激励其他团队尝试使用锁模激光器来研究拓扑物理现象。

马兰迪补充道：“我们还相信，我们的平台可以成为探索大量不易获得的非线性拓扑和非厄米现象的沃土。”“我们感兴趣的一个这样的例子是孤子形成和拓扑行为的相互作用。”

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