光子学中合成维度（synthetic dimension in photonics）的概念在最近几年被研究者提出并受到了广泛的关注，是当前光子学乃至整个光学研究领域中的一个新兴的蓬勃发展的方向。在动态调制下的光学谐振腔中，利用光的频率自由度来搭建合成维度的想法经过多年的探索与论证，被发现具有非常大的潜力。

我们在实验中首次实现在单个光学腔中搭建两个独立的合成维度。在该二维合成空间中，光场的等效磁规范势（effective magnetic gauge potential）以及拓扑单向边界流（topological chiral one-way edge current）等与霍尔梯子晶格（Hall ladder）对应的重要物理现象也在实验中被观察到。该项工作在实验上证实了高维度的、复杂的物理效应能够通过构建多个合成维度、于一个简单的光学系统中被实现和研究，从而大大丰富了合成维度概念的应用前景。同时，这些物理效应也能被用来寻求多样的光场操控的可能性。

图：直接观察到与合成霍尔梯子晶格相关的光场单向边界流

该成果于2020年1月3日以题为 “A single photonic cavity with two independent physical synthetic dimensions”发表在Science。

论文链接：https://science.sciencemag.org/content/367/6473/59