Drifting Electrons: Nonreciprocal Plasmonics and Thermal Photonics
光在大多数材料和结构中以相反的方向对称传播。这一事实--洛伦兹互易原理的一个结果--对整个电磁波谱的科学和技术有着巨大的影响。在这里，我们研究了一种新兴的方法来打破互易性，不依赖于磁光效应或时空调制，而是基于偏置的等离子体材料与直流电流。使用3D格林函数形式主义和微观考虑，我们阐明了表面等离子体激元（SPPs）的传播特性，支持这种类型的通用非互易平台，揭示了一些以前被忽视的，异常的，波传播效应。我们发现，SPP可以传播的形式可操纵的，慢光，单向光束与模式色散中的双光子点。我们还澄清了耗散（由于碰撞和朗道阻尼）对非互易效应的影响，并阐明了在漏波结构中的非互易点，带边缘的例外点和复杂的模态转换之间的连接。然后，我们将这些概念应用到热光子学的重要领域，并提供了第一个理论证明漂移诱导的非互易近场辐射热传递两个平面体之间。我们的研究结果可能会为开发非互易无磁器件提供新的机会，这些器件将等离子体激元和非互易光子学的优点结合起来，用于波导和能源应用。
2021-11-29 physics.optics
Nonreciprocal transmission of electromagnetic waves with nonlinear active plasmonic metasurfaces
非互易性对于光学信息处理、全双工通信和保护敏感激光设备免受不必要的反射是重要的。然而，这是非常具有挑战性的，以获得强的非互易响应的光学频率，特别是当纳米结构被认为是。在这项工作中，我们解决了这个问题，展示了一个紧凑的双面等离子体元表面，作为一个新的非互易传输过滤器在近红外频率。所提出的纳米结构易于实际实现，因为它是由两个不同尺寸的银纳米带放置在一个介电间隔层的两侧。所引入的增益导致在线性操作制度中的异常点形成，其中由于损耗补偿而从所提出的非厄米特奇偶时间对称纳米尺度系统实现单向完美传输。当考虑其非线性响应时，所展示的等离子体超颖表面在纳米级上打破了洛伦兹互易定律，这主要是由于其空间非对称几何结构与增强的非线性相结合。在相对较低的输入光强下，实现了从相反方向具有单位透射对比度的强宽带非互易性。此外，具有显著对比度的非对称非线性三次谐波产生也由相同的非互易超颖表面设计示出。这项工作的结果可以导致实现各种新的自诱导非互易纳米光子配置，如集成超快开关，纳米保护涂层和非对称定向成像设备。
2022-12-05 physics.optics
Mirror symmetric on-chip frequency circulation of light
集成环行器和隔离器对于开发片上光学技术，例如激光腔、通信系统和量子信息处理器是重要的。这些设备似乎固有地需要镜像对称性破缺以将向后传播与向前传播分开，因此现有的实现依赖于磁性材料或由传播波驱动的相互作用。与以前的工作相比，我们展示了一个镜像对称的非互易器件。我们的设备包括三个耦合的光子谐振器实现在薄膜锂离子电池。应用射频调制，我们驱动该系统的频率本征模之间的转换。在1550 nm附近，我们测量了大约75 mW的RF功率，隔离度接近40 dB。我们同时产生所有本征模之间的非互易转换，以证明环流。镜像对称循环显著简化了非互易集成器件的制造和操作。最后，我们考虑这种片上隔离器和环行器的应用，例如在单个波导内的全双工隔离。
2021-09-28 physics.app-ph physics.optics
Reversible nonreciprocity in photonic structures infiltrated with liquid crystals
我们演示了如何实现可逆的非互易光学响应的周期性光子结构与一对缺陷，其中之一是一个非线性液晶缺陷层。双缺陷层结构在低强度下是对称的，并且在对应于液晶的光学重新排序的功率阈值以上变得不对称。我们发现，非互易效应可以通过改变波长作为结构内的缺陷模式相关的光局部化的结果来逆转。
2009-10-08 physics.optics
Nonreciprocal light transmission in parity-time-symmetric whispering-gallery microcavities
结合平衡损耗和增益分布的光学系统提供了一个独特的平台，以实现由非厄米宇称-时间-（PT-）对称哈密顿算子描述的量子系统的经典类似物，并产生具有新特性的新合成材料。到目前为止，PT对称光学系统的实验工作一直局限于波导中的谐振不发挥作用。在这里，我们报告的第一个演示PT对称性破缺的光学谐振腔系统，通过使用两个直接耦合的片上光学回音壁模式（WGM）微环石英谐振器。其中一个谐振器的增益是通过光泵浦嵌入在二氧化硅基质中的铒（Er 3+）离子来提供的;另一个谐振器表现出无源损耗。谐振器之间的耦合强度通过使用纳米定位平台来调整它们的距离。我们已经观察到的PT对称系统在线性制度的互易行为，以及过渡到非互易的PT破缺相变由于显着增强的非线性对称性相。我们的研究结果代表了新一代合成光学系统的重大进展，使片上操作和控制光传播。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Resonant Combinatorial Frequency Generation Induced by a PT-symmetric Periodic Layered Stack
本文研究了在双频平面波照射下，PT对称周期叠层与嵌入的非线性各向异性介质层之间的非线性相互作用。三波相互作用技术被用来研究非线性过程。结果表明，在PT对称周期结构的谐振腔中，三波混频过程的强度可以得到显著增强，特别是当泵浦波频率接近相干理想泵浦-激射共振时。模拟结果说明了叠层产生和发射组合频率的主要机制和性质，并讨论了谐振器PT对称壁的层排列对叠层非线性响应的影响。的增强效率的频率转换在沃尔夫布拉格共振证明。已经表明，非常高阶的Wolf-Bragg共振可以导致散射场的全局最大值和零点。非线性介质层中的损耗对组合频率产生效率的影响的分析表明，损耗率可以放大频率混合过程的强度。
2015-10-18 physics.optics
Nonreciprocal Second-Harmonic Generation in Few-Layer Chromium Triiodide
同时确定二维范德瓦尔斯材料的原子和磁性组态具有重要意义，但也具有挑战性。在这项工作中，我们表明，非互易二次谐波产生（SHG）可以是一个强大的工具来回答这一挑战。尽管保留了晶格反转对称性，层间反铁磁顺序和自旋轨道耦合产生增强的倍频在PT对称的双层三碘化铬（CrI3）。重要的是，平面内偏振分辨的SHG对线性光谱无法分辨的细微不同的层间结构敏感。除了双层，我们进一步预测，强度和角度分辨二次谐波可以用来识别层间原子和三层CrI3的磁性配置。我们的第一性原理的结果与现有的测量结果一致，并显示出作为一种非接触的方法，探索新兴的超薄磁性材料的层间结构和磁序之间的相关性的SHG的潜力。
2020-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantum noise induced nonreciprocity for single photon transport in parity-time symmetric systems
本文研究宇称-时间对称耦合光学系统中量子噪声对单光子传输的影响，发现量子噪声可诱导非互易光传播，且在PT破缺相中显著增强波导透射强度的不对称性。
2025-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlocal effective medium analysis in symmetric metal-dielectric multilayer metamaterials
从理论和实验上研究了对称金属-介质多层超材料在横向磁偏振光入射下的光学非局域性。从传输矩阵法出发，推导了非局部有效介质理论，确定了对称金属-介质多层叠层中依赖于频率和波矢的非局部有效介电常数。与局部有效介质理论相比，我们提出的非局部有效介质理论可以准确地预测从制造的多层堆叠测量的入射角相关的反射光谱，并提供非局部色散关系。此外，通过对色散关系和本征模的分析，利用非局域有效介质理论研究了多层膜中大波矢的体等离子体激元。
2015-05-30 physics.optics
Type II Perfect Absorption and Amplification Modes with Controllable Bandwidth in PT-Symmetric/Traditional Bragg Grating Combined Structures
我们揭示了以前未被注意的II型完美的吸收和放大模式的光学散射系统。这些模式与最近的著作[Phys.Rev.A82，031801（2010）; Phys.Rev.Lett. 106，093902（2011）.]其可以被称为I型模式，以任何频率出现在沿着实频轴的连续区域。II型模式可以在PT对称/传统布拉格光栅组合结构中表现出来。在组合结构中观察到一系列奇异的非互易吸收和放大行为，使它们具有同时作为完美吸收体、放大器和超窄带滤波器的多功能器件的潜力。基于II型模式的特性，我们还提出了在任何单一或多个波长下具有可控完美吸收和放大带宽的结构。
2013-07-29 physics.optics
Scattering properties of PT-symmetric layered periodic structures
研究了具有平衡损耗和增益的PT对称周期性叠层的光学特性。我们表明，在周期性结构中的隧穿现象与激发表面波的边界处分离的增益和损耗区域内的每个单元电池和隧穿条件的周期性堆栈可以减少到一个周期的条件。或者，它示出的相干完美的吸收体激光状态介导的激发的表面模式定位在所有内部边界的结构。确定了结构参数、入射角和入射方向对共振现象和自发对称性破缺跃迁的影响。结果表明，结构的周期性显着增加的谐振现象的数量，特别是在堆叠的层的介电常数的高实部和虚部。高斯光束动力学在这种类型的结构进行检查。在PT对称周期结构中观察到了光束分裂现象。
2015-10-18 physics.optics
Nonparaxial electromagnetic Bragg scattering in periodic media with PT symmetry
本文研究了一对布拉格谐振模在一维$\mathcal{PT}$对称周期介电常数介质中的演化。麦克斯韦方程的解析解推导出超越傍轴近似调查周期性的能量交换之间发生的布拉格模式的厄米晶格以及复杂的晶格。讨论了对称性破缺点所定义的三个区域：破缺点之下、破缺点之上和破缺点处，这些区域是由对称相中存在的四个实本征值决定的，它们在破缺点处碰撞并合并成一对。在临界值以上，该对的每个成员分叉成一对复值。因此，复杂的晶格揭示了各种波动动力学取决于增益/损失平衡。在过渡的所有制度的签名的$\mathcal{PT}$对称系统的存在，因为演变总是非互易和单向的。
2018-06-20 physics.optics
Nonlocal homogenization of PT-symmetric multilayered structures
PT对称系统和超材料的独特和高度可调的光学特性使得大量全新的线性和非线性光学现象具有许多应用，例如，因此，人工介质的PT对称吸引越来越多的关注，现在是一个主题，深入研究。提供关于人造纳米结构介质的光学响应的信息的常用方法之一是所谓的有效介质理论。在这里，我们研究的可能性，利用有效介质理论的PT对称多层系统组成的交替损耗和增益板的综合分析。我们发现，当地的有效材料参数（或麦克斯韦-加内特近似）的适用性是非常有限的，不能被利用的预测异常点标记的PT对称性破缺。另一方面，如果单胞的厚度远小于辐射波长，则可以可靠地使用非局部双各向异性有效介质参数。在斜入射平面波的情况下，我们揭示了限制的损耗增益系数，这不应该太大相比，介电常数的实部。我们相信，我们的研究结果可以提高对PT对称系统背后物理学的基本理解，并推动分析其特殊光学响应的辅助工具的发展。
2019-04-12 physics.optics
Wave scattering by PT-symmetric epsilon-near-zero periodic structures
研究了PT对称的ε-近零（ENZ）周期性损耗增益平衡层堆的光学特性。确定了周期性对单向隧穿现象和对称性破缺的影响。所进行的分析提供了洞察力的主要特征的二次谐波（SH）生成的ENZ PT对称周期性结构。
2015-05-11 physics.optics
PTD Symmetry Protected Scattering Anomaly in Optics
在时间反演不变的电子系统中，散射矩阵是反对称的。该性质实现了在此称为“散射异常”的效应，使得电子输运不遭受背反射，而与传播路径的特定几何形状或时间反演不变缺陷的存在无关。相反，对于一般的时间反演不变的光子系统的散射矩阵是对称的，没有类似的异常。在这里，理论上证明，尽管有这些根本性的差异，有一个广泛的类光子平台-在某些情况下，只形成时间反演不变的介质-其中散射异常可能发生。它示出的光学系统不变的宇称，时间反演和对偶算子（PTD）的组成的作用下，其特征在于由反对称散射矩阵。给出了其中发生散射异常的光子平台的具体示例，并且用全波数值模拟证明了所提出的系统能够使双向波导免受传播路径的任意变形的影响。我们的理论揭示了一类新的全三维结构，其中光的传输完全受到反射的保护，并揭示了电动力学之间的未知联系。可逆和非可逆材料。
2016-11-01 physics.optics
Nonlinear nonuniform $\mathcal{PT}$-symmetric Bragg grating structures
我们探讨的后果，将奇偶性和时间反转（$\mathcal{PT}$）对称性的非互易光传播的动态表现出的一类非均匀的周期性结构称为啁啾$\mathcal{PT}$对称光纤布拉格光栅（FBG）。各种光栅参数之间的相互作用，如啁啾，失谐，非线性，和增益/损耗引起的独特的双和多稳态的完整以及破碎的$\mathcal{PT}$对称制度。啁啾对磁滞曲线转向动力学的作用受非线性的类型和失谐参数的性质的影响。此外，输入光的入射方向强烈影响未破坏和破坏的$\mathcal{PT}$对称区域中双稳态和多稳态的转向动力学。当光发射方向相反时，发现在非常低的强度下发生临界稳定状态，这为用光控制光的附加方式开辟了新的途径。我们还分析了单向波输运现象和反射的双稳态和多稳态特性在所谓的$\mathcal{PT}$对称性破缺点。
2019-10-08 nlin.PS physics.optics
