Controlling gain and loss of coupled optical cavities can induce non-Hermitian degeneracies of eigenstates, called exceptional points (EPs). Various unconventional phenomena around EPs have been reported, and are expected to incorporate extra functionalities into photonic devices. The eigenmode exactly under EP degeneracy is also predicted to exhibit enhanced radiation. However, such responses have yet to be observed in on-chip lasers because of both the limited controllability of their gain and loss and the lifting of degeneracy by pump-induced cavity detuning. Here, we report, to the best of our knowledge, the first non-Hermitian nanophotonic platform based on two electrically pumped photonic crystal lasers and its spontaneous emission at EP degeneracy. Systematically tuned and independent current injection to our wavelength-scale active heterostructure cavities enables us to demonstrate the clear EP phase transition of their spontaneous emission, accompanied with the spectral coalescence of coupled modes and reversed pump dependence of the intensity. Furthermore, we find experimentally and confirm theoretically the peculiar squared Lorentzian emission spectrum very near the exact EP, which indicates a four-fold enhancement of the photonic local density of states induced purely by the degeneracy. Our results open a new pathway to engineer the light–matter interaction by non-Hermiticity and explore larger reconfigurable laser arrays for further non-Hermitian features and physics.

中文翻译：

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用电泵浦光子晶体耦合纳米腔激光器观察辐射的异常点简并

控制耦合光腔的增益和损耗会引起本征态的非赫米特简并性，称为异常点（EPs）。已经报道了围绕EP的各种非常规现象，并且有望将额外的功能结合到光子器件中。完全在EP简并下的本征模也被预测会显示出增强的辐射。但是，由于其增益和损耗的可控性有限以及泵激腔谐振引起的简并性提升，在片上激光器中尚未观察到这种响应。在此，据我们所知，第一个基于两个电泵浦光子晶体激光器的非赫米特纳米光子平台及其在EP简并时的自发发射。系统调谐和独立注入电流至我们的波长尺度有源异质结构腔体，使我们能够证明其自发发射的清晰EP相变，以及耦合模式的光谱结合和强度的反向泵浦依赖性。此外，我们通过实验发现并在理论上确认非常接近精确EP的奇异平方洛伦兹发射光谱，这表明单纯由简并引起的状态的光子局部密度增加了四倍。我们的研究结果开辟了一条新的途径，可以通过非赫米特性工程来实现光与物质的相互作用，并探索更大的可重构激光器阵列，以进一步实现非赫米特性和物理特性。伴随着耦合模式的光谱合并和反向泵浦强度的依赖性。此外，我们通过实验发现并在理论上确认非常接近精确EP的奇异平方洛伦兹发射光谱，这表明单纯由简并引起的状态的光子局部密度增加了四倍。我们的研究结果开辟了一条新的途径，可以通过非赫米特性工程来实现光与物质的相互作用，并探索更大的可重构激光器阵列，以进一步实现非赫米特性和物理特性。伴随着耦合模式的光谱合并和反向泵浦强度的依赖性。此外，我们通过实验发现并在理论上确认非常接近精确EP的奇异平方洛伦兹发射光谱，这表明单纯由简并引起的状态的光子局部密度增加了四倍。我们的研究结果开辟了一条新的途径，可以通过非赫米特性工程来实现光与物质的相互作用，并探索更大的可重构激光器阵列，以进一步实现非赫米特性和物理特性。这表明单纯由简并引起的状态的光子局部密度提高了四倍。我们的研究结果开辟了一条新途径，可以通过非赫米替尼性工程来实现光与物质的相互作用，并探索更大的可重构激光器阵列，以进一步实现非赫米特性和物理特性。这表明单纯由简并引起的状态的光子局部密度提高了四倍。我们的研究结果开辟了一条新的途径，可以通过非赫米特性工程来实现光与物质的相互作用，并探索更大的可重构激光器阵列，以进一步实现非赫米特性和物理特性。