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双曲超材料的近场布线

双曲超材料的近场布线


双曲超材料可以实现对近场光传播方向的灵活控制,使用全电超源

双曲线模式的可逆单向传播
双曲线模式的可逆单向传播。图片来源:Z. Guo 等。

近场光是亚波长尺度的不可见光。利用各种实际应用,例如无线电力传输,近场光在微型片上光子器件的开发中发挥着越来越重要的作用。控制近场光传播的方向一直是一个持续的挑战,它对光子物理学具有根本意义,并且可以显着推进各种应用。

到目前为止,近场光在单个方向上的传播是通过系统中电偶极子和磁偶极子之间的特定相互作用来实现的,这导致了器件设计的不可避免的复杂性。双曲超材料 (HMM) 是一类重要的具有双曲等频轮廓的人工各向异性材料,由于其通过实现电磁波的亚波长限制来控制近场光的独特能力而引起了人们的关注。HMM 中的大波矢量模式特别令人感兴趣,因为这些模式更容易集成并且在传输时能量损失更小。

正如Advanced Photonics报道的那样,中国同济大学的研究人员最近展示了一种能够灵活控制近场光传播方向的全电方案。他们报告了在亚波长尺度具有大波矢量的双曲线模式的异常单向激发。根据他们的研究,HMM 中的选择性近场耦合是通过具有不同相位的离散电偶极子实现的,这些电偶极子用作由全电组件组成的元源,并具有与对称相关的内部自由。

他们的研究不仅满足了近场光子学全电实验设计方案的需求,而且还贡献了具有根本价值的基于对称性的激发原理。使用惠更斯元源,研究人员能够观察到平面 HMM 中双曲体模式的单向激发。他们发现自由空间中的单向激发与垂直方向相同,但与水平方向相反。这些在水平和垂直方向上的不同传播特性是双曲线模式所独有的。此外,研究人员使用自旋元源来研究光在平面双曲波导中的定向传播。他们发现,对于顺时针旋转的自旋元源,只有从右向左传播的导模被激发。

双曲体模式的单向激发

使用全电惠更斯元源对双曲体模式进行单向激发:(a) (b) 计算的激发因子 |F k | 全电惠更斯元源作为不同设置下传播方向 θ 的函数。|F k | HMM 和 air 中的函数分别用蓝色和橙色线表示。红色和黑色虚线表示 HMM 色散 ɷ(k x ,k z ) 和 |F k |的最大值(c)、(d) 分别为 (a) 和 (b) 在基于电路的 HMM 中测量的全电惠更斯元源的单向传播。图片来源:Z. Guo 等人,doi 10.1117/1.AP.3.3.036001。

总体而言,该研究推动了光学科学和信息通信领域的发展,因为结果为高效且经过实验验证的光子学路由提供了必要条件。对于集成光学设备中的新兴应用,以及无线电力传输、开关和滤波,这项工作有望实现对近场光的前所未有的灵活控制。

阅读Ziwei Guo 等人的开放获取研究文章“使用全电元源对高 k 双曲线模式的异常单向激发”,Adv. 光子3 (3), 036001, doi 10.1117/1.AP.3.3.036001


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