The appearance of exceptional point involving the coalescence of both eigenvalues and eigenfunctions of non-Hermitian Hamiltonian in an open quantum system is investigated in a resonator-waveguide system. In particular, asymmetric backscattering in a two-port optical filter is observed using Finite Element Method (FEM) and Finite-Difference Time-Domain (FDTD) numerical simulations with only two unequal Rayleigh scatterers placed at certain lateral positions in the evanescent field of the cavity on silicon-on-insulator (SOI) platform. Field incidence that adheres to the structure’s chirality causes the incident photons to ‘tunnel through’ along the resonator as though the scatterers are absent. Incidence at the opposite port however induces significant backreflection which field is then coupled back to the input port. The backscattering at the input port suggests the existence of a simultaneous ‘drop’ port without introducing a second waveguide; besides being asymmetric in behavior at exceptional point contrary to the current typical filters. While the ‘through’ port remains steadily unruffled and symmetric, the backscattering can be fine-tuned by simply shifting one of the scatterers, which to a certain displacement extent exhibit a complete reversal of asymmetric behavior at the ports. Rigorous theoretical model based on the temporal coupled mode theory framework is developed to set the governing dynamical properties of the filter system. This work introduces a novel form of filter, which is proposed as the ‘Exceptional Point Filter’ with concurrently symmetric and asymmetric ports; and can be a new addition to the current family of filters we have today.
공진기-도파관에서 나타나는 비허미션 헤밀토니안 열린 양자시스템이 가지는Exceptional Point에 대해서 분석하였다. 특히 소멸파가 존재하는 SOI 위의 공진기의 측면에 레일리 산란체들이 있을때 2 포트 광 필터에 비대칭적인 후면산란이 일어나는 것을 유한 요소 방법(FEM)을 이용해 관측하였다. 마이크로 디스크의 chirality의 방향을 따르는 입력파는 산란체가 없는 것처럼 공진기 내부를 반사파 없이 진행한다.하지만 반대방향의 포트에서 여기시킬경우 반사가 크게 일어나서 입력포트와 결합이 일어난다. Exceptional Point가 가지는 비대칭성을 제외하고도 이러한 입력 포트에서의 후면산란은 두 번째 도파관이 없이 “drop” 포트의 구현할 수 있다는 것을 제시하고 있다. 산란체의 위치를 조정함으로써 “through” 포트의 대칭성과 신호에 영향을 주지 않는 상태로 후면산란만을 조정할 수 있다. Temporal coupled mode theory을 기반으로 한 이론적 모델을 바탕으로 필터의 주요 동적 특성을 연구하였다. 이러한 연구는 동시에 대칭, 비대칭 포트를 가지는Exceptional Point 광학 필터개념을 이용한. 새로운 형태의 필터를 제시하였고 현재 이용되고 있는 필터들의 종류에 새롭게 추가될 수 있을 것이다.
