Non-Hermitian gauged reciprocity and symmetry
本文提出非厄米规范互易性概念,证明在具有虚矢量势和非厄米趋肤效应的系统中洛伦兹互易性虽被破坏但仍受严格数学关系支配,并通过紧束缚模型与微环谐振器仿真验证。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Exact Finite-Difference Time-Domain Modelling of Broadband Huygens' Metasurfaces with Lorentz Dispersions
一个显式的时域有限差分技术建模的零厚度惠更斯' metasurfaces广义片过渡条件(GSTC)的基础上,提出并证明了使用全波模拟。惠更斯' metasurface建模使用电和磁的表面磁化率,这被发现遵循双洛伦兹色散曲线。为了求解一般宽带激励下的零厚度惠更斯超颖表面问题,将双Lorentz色散剖面与GSTC相结合,得到一组时域一阶微分场方程。识别惠更斯元表面和耦合RLC振荡器电路之间的确切等效性,然后使用基于有限差分公式的标准电路建模技术求解场方程。包括广义折射的几个例子来说明散射场的时间演化从惠更斯的超颖表面下平面波的垂直入射,在谐波稳态和宽带制度。特别是,由于其固有的时域配方,一个显着的优势的方法是它的建模能力随时间变化的超颖表面,这是证明了一个简单的例子,泵的超颖表面导致新的频率产生和波放大。
2016-09-19 physics.optics
Non-Reciprocal Hyperbolic Propagation over Moving Metasurfaces
双曲传播在纳米光子学中提供了令人兴奋的机会,从亚衍射成像到增强的局部态密度。这种传输状态通常由电导率的强调制引起,即,具有交替的金属和介电材料特性。在这里,我们分析了一个移动的阻抗表面,表明适当定制的均匀元表面可以支持单向双曲传播时,在运动中,添加非互易性双曲传播现象,而不会遭受非局部效应所产生的离散化或有限粒度的表面。
2018-11-28 physics.optics
Inverted Leakage Radiation Microscopy for measurement of nonreciprocity induced by a plasmonic metasurface with false chirality
Ariel University(阿里埃尔大学)
本文通过倒置泄漏辐射显微术实验检测等离子体超表面的非互易性,揭示其与假手性相关,并利用干涉图样的拓扑顺序确定方向,提供紧凑通用的检测方法。
2026-10-02 physics.optics
Floquet Analysis of Space-Time Modulated Huygens' Metasurfaces with Lorentz Dispersion
一个严格的半解析Floquet分析提出了一个零厚度的时空调制惠更斯超颖表面模型,并确定新的谐波分量的散射场的强度。所提出的方法是基于广义片转换条件(GSTCs)处理的元表面作为一个空间不连续。根据洛伦兹电和磁表面磁化率,分别描述超颖表面,$χ_\text{e}$和$χ_\text{m}$,其中参数(例如谐振频率)在空间和时间上都被周期性地调制。未知的散射场用Floquet谐波表示,其振幅可以通过数值求解一组线性方程来找到,从而得到总散射场。利用现有的计算技术,该方法是验证使用几个例子的纯空间和纯时间调制不同的调制强度和泵浦频率。最后,给出了两种时空调制的情况(驻波扰动和行波扰动)来证明洛伦兹互易性的破缺。所提出的方法是简单和通用的,能够确定的稳态响应的时空调制的惠更斯的metasurface,激发与斜平面波,或一般的入射场,如高斯光束。
2020-07-14 physics.optics
Experimental demonstration of broadband Lorentz non-reciprocity in an integrable photonic architecture based on Mach-Zehnder modulators
我们展示了第一个有源光隔离器和环行器实现在一个线性和互易材料平台使用商业马赫-曾德尔调制器。在基于单模保偏光纤的原理验证实验中,我们在电信波长的前所未有的8.7 THz带宽上实现了超过12.5 dB的隔离,总插入损耗仅为9.1 dB。我们的架构提供了一个实际的答案,在光子集成电路的非互易光路由的挑战。
2014-06-29 physics.optics
Kirchhoff's metasurfaces
设计了纳米盘和金属孔阵列等离子体完美吸收体(PPA)超颖表面的热光特性,并在中红外波长下进行了表征。光发射器和检测器系统都被高度重视,用于各种光谱域的物联网中的未来传感器网络。吸光度和发射率的倒数在实验上显示,即,PPA遵循基尔霍夫定律,其中发现表现出强光吸收的图案增强了热辐射。讨论了光热转换器的设计原则和定标方法。Au-Si-Au结构的光-热转换效率和热-辐射转换效率最高。
2018-05-12 physics.optics
Breaking Lorentz reciprocity with frequency conversion and delay
基于频率变换和延迟的非对易性,提出了一种打破洛伦兹互易性的方法。该方法不需要磁性材料或谐振物理,允许可扩展和宽带非互易电路的设计。用这种方法,两种类型的回转器-线性,非互易电路的通用积木-构造。使用这些回转器中的一个,我们创建了一个环行器,在5 - 9 GHz频带内具有> 15 dB的隔离度。我们的设计可以很容易地扩展到具有合适的频率转换元件的任何平台,包括用于电信的半导体器件或用于量子信息处理的片上超导实现。
2017-11-06 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Nonreciprocal Metasurface with Space-Time Phase Modulation
创造具有时变特性的材料对于打破对波传播施加基本限制的互易性至关重要。然而,在光子系统中实现高效和超快的时间调制是具有挑战性的。在这里,利用空间和时间的相位操纵提供了一个非线性超颖表面,我们实验证明了非互易光反射波长约860 nm。超表面,与行波调制非线性克尔积木,创建空间相位梯度和多太赫兹时间相位摆动,这导致在动量和能量空间的单向光子跃迁。我们观察到完全不对称的反射在向前和向后的光传播内的亚波长的相互作用长度为150 nm。我们的方法指出了一个潜在的手段,创造小型化和可集成的非互易光学元件。
2019-05-24 physics.optics
Fundamental limitations of Huygens metasurfaces for optical beam shaping
由阵列纳米结构组成的光学介电超颖表面有望实现对入射波前的任意空间控制,具有亚波长空间分辨率。对于相位调制,通常采用两种物理效应来实现2π相位偏移。第一种效应依赖于高纳米级柱的引导,第二种效应利用具有两个简并米氏共振的纳米共振器的共振限制。第一种方法需要高的纵横比,而第二种方法,称为惠更斯超颖表面,要平坦得多,因此更容易制造。我们比较了这两种方法,更侧重于概念,而不是技术问题,并确定与后者的基本限制。我们解释了起源的限制的基础上一般的参数,如互易性,多模/单模操作和对称性破缺。
2021-04-03 physics.optics
Four-Dimensional Wave Transformations By Space-Time Metasurfaces
静态超颖表面已被证明是空间中电磁波的互易和频率不变变换的突出紧凑结构。然而,将时间变化结合到静态元表面将导致能够对电磁波的空间和时间特性进行四维定制的动态装置,从而导致远远超出常规静态元表面的能力的功能。这包括非互易全双工波传输、纯频率转换、参量波放大、时空分解和时空波衍射。本文综述了时空超表面打破互易性的最新进展和机会,揭示了它们在低能量、紧凑、集成非互易器件和子系统方面的潜力,并讨论了这一令人兴奋的研究前沿的未来。
2020-10-31 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
Reciprocity and the scattering matrix of waveguide modes
洛伦兹互易定理的影响与任意模式,包括简并,倏逝和复杂的模式,波导连接的散射体进行了讨论。一般来说,矩阵$CS$是对称的,其中$C$是广义正交系数矩阵,而$S$是散射矩阵。给出了一些例子,包括被波导或自由空间包围的散射体,以及波导的不连续性。
2013-01-11 physics.optics
Nonreciprocal optical metasurface based on spinning cylinders
本文提出基于旋转介质圆柱体相对论效应的非互易光学超表面新机制,利用Sagnac效应实现非对称与非互易波前操控,为自由空间非互易光学研究提供了新平台。
2024-11-24 physics.optics
Magnet-free nonreciprocal metasurface for on-demand bi-directional phase modulation
不受洛伦兹互易性的约束,非互易超颖表面能够在向前和向后传播的波上编码独特的光学功能。迄今为止报道的非互易超颖表面需要外部电场或磁场偏置或依赖于非线性效应,这两者在实际实施中都具有挑战性。在这里,我们提出并实验实现了一个无磁,线性,被动的非互易超表面的基础上自偏置的磁性元原子。实验表明,记录透过率可达77%,工作角可达64 °。此外,按需双向相位调制的“乐高”的方式在理论上提出和实验证明,使队列的非互易功能,如微波隔离,非互易光束转向,非互易聚焦,和非互易全息。该设计还可以扩展到MHz和光学频率,利用各种各样的自偏置回转材料。我们预见,在这项工作中展示的非互易元表面将有显着的实际影响,从非互易天线和天线罩的全双工无线通信和雷达系统的应用。
2022-04-07 physics.optics
All-passive Microwave-Diode Nonreciprocal Metasurface
本研究针对微波频段非互易器件依赖笨重磁体或复杂调制的问题,提出基于可切换匹配短截线的全无源非互易方案,通过仿真和微带线集成二极管超表面实验验证其非互易传输特性,可应用于电磁防护、通信等领域。
2023-05-02 physics.app-ph physics.optics
Breaking transmission symmetry without breaking reciprocity in linear all-dielectric polarization-preserving metagratings
本文提出保持线偏振且沿法向缺乏反演对称的全介质超光栅,证明高阶 Bragg 衍射光束出现即可在不违背互易性的情况下引发透射不对称,并实现约 75% 的对比度。
2023-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electromagnetic Isolation Induced by Time-Varying Metasurfaces: Non-Reciprocal Bragg Grating
在这封信中,我们提出了一种基于时变超颖表面的无磁非互易隔离系统。两个平行的时变超表面,一个用于频率上转换,一个用于相同量的下转换,用于实现来自相反方向的入射波经历相反多普勒频移的空间区域。因此,该区域内的任何设备变得对照射方向敏感,表现出来自相反方向的不同散射响应,从而破坏互易性。非常重要的是,由于超颖表面的相反频移,发射电磁场的频率与入射电磁场的频率相同。在这里,我们通过使用布拉格光栅作为时变超颖表面之间的设备来演示这种一般方法。超颖表面和光栅的组合结构对于相反的照射方向表现出不同的透射和反射特性,从而实现隔离器。更广泛地说,这封信提出了一种策略,通过将任何传统的电磁设备放置在两个随时间变化的超颖表面之间,将其转换为非互易设备。这种方法打开了大门,几个新的非互易组件的基础上薄,重量轻的元表面,这是更简单的实现相比,他们的体积对应。
2021-02-03 physics.app-ph physics.optics
Phenomenological modeling of Geometric Metasurfaces
超颖表面以其在亚波长尺度上操纵光学波前的优异能力和低制造复杂性,在平面光子学和新型光学器件方面显示出巨大的潜力。然而,迄今为止,超颖表面的矢量场模拟仅限于使用全波数值方法在晶胞中包含少量超原子的具有超颖结构的超颖表面。在这里,我们提出了一个通用的唯象方法来分析模型的超表面由任意分布的元原子的基础上,假设的元原子具有局部共振与洛伦兹-德鲁德形式,其确切的形式可以从一个单一的元素的全波模拟检索。应用于相位调制的几何超颖表面,我们的分析结果与全波数值模拟显示出良好的一致性。该理论为基于元表面的光学器件的建模和设计提供了一种有效的方法。
2015-12-24 physics.optics
Analysis and Design of a Reconfigurable Metasurface based on Chalcogenide Phase-Change Material for Operation in the Near and Mid Infrared
本研究针对光无线通信场景,设计了基于GST225相变材料的反射式可重构超表面,结合传输线理论等解析方法与全波仿真,验证了其用于红外波段连续可重构全息超表面的潜力。
2025-10-01 physics.optics
Efficient GSTC-FDTD Simulation of Dispersive Bianisotropic Metasurface
本文提出了一种简单有效的模拟色散(Lorentz-Debye)双各向异性超颖表面的时域有限差分(FDFD)方法。该方案取代了传统的FDTD更新方程的增广更新方程的元表面的效果,定位在一个虚拟节点(或节点平面)的Yee网格,是占明智地选择辅助偏振功能,基于广义片过渡条件(GSTC)。该方案是计算-时间和内存明智的-更有效,更容易实现比以前报告的计划分散元表面。通过三个实例进行了验证。
2018-08-21 physics.app-ph 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
Kerr-type nonlinear optical isolators bypassing dynamic reciprocity
无磁光隔离器是实现集成光学系统的关键器件。无源非线性光隔离器的基本物理原理不仅仅是在不需要任何外部偏压的情况下打破洛伦兹互易性。事实上,克尔型非线性光隔离器的一个主要障碍是所谓的动态互易性,其严重后果是在存在前向强信号的情况下不能隔离后向信号。在这项工作中,我们提倡速度选择性非线性的新概念,绕过这种动态互惠。在非对称腔中使用具有温暖铷原子的原理验证平台,我们在实验上实现了在存在强前向信号的情况下后向信号的隔离,实验观察与我们的理论模拟一致。因此,这项工作是走向克尔型无源光隔离器的重要一步。
2020-10-17 physics.optics
Self-induced passive nonreciprocal transmission by nonlinear bifacial dielectric metasurfaces
打破洛仑兹互易定律是一个不平凡的任务,因为它通常需要庞大的磁铁或复杂的时间调制动态技术来完成。在这项工作中,我们提出了一个简单而紧凑的设计,非线性双面介质metasurface实现强大的自诱导无源非互易传输,而无需使用外部偏置。所提出的设计是自由空间光学应用的理想选择,可以在两种入射偏振下工作,并且需要非常低的输入激发功率来达到非互易机制。它是由两个被动的硅基超颖表面表现出法诺和洛伦兹共振嵌入在一个玻璃基板。高度不对称的场增强实现与建议的设计,导致在低激发强度,由于大的克尔非线性硅强非互易性。此外,级联设计,提出了进一步改善插入损耗,扩大非互易强度范围,并通过提高传输对比度,提高隔离比。最后,它表明,所提出的非线性超颖表面是强大的制造缺陷,可以实现较大的隔离相对较宽的输入功率范围内,即使在两个入射波同时从两个方向冲击的情况下。目前的工作预计将导致新的紧凑型非互易纳米光子器件,如全光二极管,隔离器,环行器,和敏感的光学元件的防反射保护层。
2020-04-16 physics.app-ph physics.optics
Spin and angular momentum operators and their conservation
洛伦兹倒易引理和Feld-Tai倒易定理表明了麦克斯韦方程组中作用量和反应量互换的效果。我们得到一个自由空间版本的这些互易关系,概括了守恒的动量-能量张量。这个关系式对应于电磁波的干涉守恒。我们表明,对于任何变换或对称性,使麦克斯韦方程不变,我们可以修改的互易关系,引入守恒密度,光通量和应力张量延长诺特定理到一个不同的上下文。我们将这种方法应用于可以表示为厄米算子的变换,更具体地说,我们定义了与光能,自旋,线性和角动量相关的算子。
2009-02-05 physics.optics
Biorthogonality of Guided Modes in Non-Hermitian Electromagnetism
Saint Louis University(圣路易斯大学);The American University in Cairo(开罗美国大学)
本文建立非厄米波导中电场双正交性与洛伦兹互易模态框架的统一算子理论,阐明左本征模与反向传播模式的关系及异常点自正交性。
2026-09-24 physics.optics
Symmetry classification of temporal reciprocity in time-varying electromagnetic media
Research Institute of Basic Sciences, Ajou University(延世大学基础科学研究院);Department of Physics, Ajou University(延世大学物理系);School of Physics, Korea Institute for Advanced Study(韩国高等研究院物理学院)
本文通过逆共轭关系对无耗、空间均匀且初末态相同的时变电磁介质中的散射矩阵进行分类,揭示了双各向同性介质中时间互易性的对称性,为预测和设计光子介质的时间散射响应提供了框架。
2026-06-23 physics.optics
Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Modelling of Space-Time Modulated Metasurfaces
提出了一种基于广义片层跃迁条件(GSTCs)的有限尺寸零厚度时空调制惠更斯超颖表面的时域有限差分(FDTD)建模方法,并进行了数值模拟。以一个典型的全介质惠更斯晶胞为例,对其材料的介电常数在空间和时间上进行调制,以模拟超颖表面上的旅行型时空扰动。通过将介电常数的变化映射到等效的洛伦兹电和磁化率密度$\tildeχ_\text{ee}$和$\tildeχ_\text{mm}$的参数上,将问题表示为一组具有非常系数的时间上的二阶微分方程。然后,方便地解决所产生的场的解决方案,使用显式有限差分技术和集成与基于Yee细胞的传播区域可视化的散射场考虑到各种衍射效应从有限大小的超颖表面。几个例子示出的线性和时空变化的超颖表面,激发与正常入射平面和高斯光束,显示详细的散射场的解决方案。虽然时间调制的超颖表面导致新的共线传播的时间谐波的生成,但是当在超颖表面中引入附加的空间调制时,这些谐波在空间中角度分离。
2017-01-05 physics.optics
Nanoscale optical nonreciprocity with nonlinear metasurfaces
本文提出一种基于硅与VO2混合纳米谐振器二维阵列的非线性超表面,利用光触发VO2相变实现无需外部偏置的纳米级宽带光学非互易性。
2024-04-23 physics.optics
Integrated Generalized Sheet Transition Conditions (GSTCs) in a Yee-Cell based Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Simulation of Electromagnetic Metasurfaces
本文提出了一种基于在传统Yee-cell区域内直接引入广义片层跃迁条件(GSTC)的宽带电磁元面时域有限差分(FDTD)模拟方法。这是通过将零厚度超颖表面插入Yee单元区域的体节点内来实现的,从而产生三种不同的单元配置-对称单元(SC)、非对称单元(AC)和紧密非对称单元(TAC)。此外,使用表现出宽带洛伦兹响应的电和磁表面磁化率来模拟超颖表面。因此,所提出的模型保证了来自元表面的物理和因果响应。几个全波结果显示,并与分析傅立叶传播方法显示出优异的结果相比,为1D和2D场模拟。结果发现,TAC提供了最快的收敛速度与最小的误差之间的三种方法。
2017-06-14 physics.app-ph physics.optics
Floquet-Mode Solutions of Space-Time Modulated Huygens' Metasurfaces
提出了一个严格的Floquet模式分析的零厚度时空调制惠更斯超颖表面的模型,并确定散射场的新的谐波分量的强度。所提出的方法是基于广义片转换条件(GSTCs)处理的元表面作为一个空间不连续。超颖表面描述的洛伦兹电和磁的表面磁化率,$χ_\text{ee}$和$χ_\text{mm}$,分别,其谐振频率在空间和时间周期性调制。未知的散射场,然后表示在Floquet模式,当使用GSTC,导致一个系统的场矩阵方程。然后对所得的线性方程组进行数值求解,以确定总散射场。使用时域有限差分(FDTD)求解器,所提出的方法进行了验证和确认的调制深度($Δ_p$)和频率($ω_p$)的几个例子。最后,计算的稳态散射场傅立叶传播解析,可视化的折射谐波。所提出的方法是简单和通用的,能够确定稳态响应的时空调制的惠更斯超颖表面,为任意调制频率和深度。
2017-01-19 physics.optics
Asymmetric Textured Image Sensors Based on Antenna Theory as Designed by Nature
De-Font Institute for Advanced Studies(德丰高等研究院)
该研究受细菌光合光捕获器启发,将对称倒金字塔阵列CMOS图像传感器改为非对称纹理,经MEEP-FDTD模拟,发现亚波长结构不对称未显著打破洛伦兹互易性,明确了微观非互易性的几何阈值。
2026-08-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Advances in Optical and Microwave Nonreciprocity
现代光子和量子技术需要互易性打破,例如,隔离器,全双工系统,量子计算机中的噪声隔离,激励人们寻找超越磁基器件的实用方法。本文综述了光学非互易性的最新进展,包括新材料(Weyl半金属、拓扑绝缘体、超颖表面)、有源结构、时间调制、PT对称性破缺、非线性、量子非线性、单向增益和损耗、手征量子态、谷极化等。
2020-12-06 physics.app-ph physics.optics
Asymmetric imaging: Reciprocity bounds and manifestations
University of Washington(华盛顿大学);University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);City University of New York(纽约市立大学);Yale University(耶鲁大学)
本研究提出非对称成像的一般理论,推导出互易系统中单向性的基本界限,并展示了折射系统与超表面双合透镜两种实现,为跨平台非对称成像提供基准与设计原则。
2026-09-30 physics.app-ph physics.optics
Influence of the bus waveguide on the linear and nonlinear response of a taiji microresonator
我们研究了单向反射器的线性和非线性响应,其中观察到洛伦兹互易性的非线性破坏。被测器件由一个跑道形微谐振器组成,带有一个嵌入式S形波导,耦合到外部总线波导(BW)。这种微谐振器的几何形状,被称为“太极”微谐振器(TJMR),允许选择性地耦合反向传播模式,这取决于入射光的传播方向,并在非线性水平,导致洛伦兹互易性的有效打破。在这里,我们表明,一个完整的描述的设备需要考虑的BW,它引入(一)法布里-珀罗振荡(FPO)由于在其方面的反射的作用,和(ii)不对称的损失,这取决于TJMR的实际位置。在足够低的功率下,非对称损耗不影响单向行为,但FP干涉条纹可以抵消S形波导的影响。然而,在高输入功率下,不对称损耗和FPO都有助于TJMR内顺时针和逆时针模式之间的能量重新分配。这强烈地修改了非线性响应,产生了反直观的特征,其中,由于FP效应和非对称损耗,BW属性可以确定违反洛伦兹互易性,特别是在两个激发方向上的透射率之间的差异。实验结果解释通过使用基于传递矩阵方法的分析模型,数值有限元模型和利用直观的干涉图。
2021-06-17 physics.optics
Optically induced nonreciprocity by a plasmonic pump in semiconductor wires
在对全光二极管的大多数研究中,空间不对称性必然被用来破坏洛伦兹互易性。在这里,我们提出了一个范例的光诱导非互易性的半导体导线是空间不对称的自由,并提供了一个非常简单和有效的平台等离子体器件。由半导体线中的等离子体激元泵感生的方位角磁场改变材料参数,并且因此导致等离子体激元信号的交叉非线性调制。特别是,非线性波数位移对于向前和向后信号具有相反的符号,而克尔或类克尔非线性不会破坏空间对称结构中的洛伦兹互惠性。这一原理可能为高度集成的全光非互易器件开辟一条道路。
2021-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transmission Nonreciprocity in a Mutually Coupled Circulating Structure
打破洛伦兹互易性被认为是光场非互易传输的先决条件,因此线性光学系统非互易性的可能性大多被忽略。提出了一种三个相互耦合的微腔或光纤环结构来实现光学非互易性。虽然它与来自两个不同输入端口的场的耦合是恒定相等的,但这种系统在其中一个腔中的光增益饱和或不同腔中的循环场的不对称耦合的情况下不连续地传输它们。光纤环构成的结构可以作为一个与时间无关的线性系统进行非互易传输,而不会破坏洛伦兹互易性。同时从两个不同端口输入的光隔离,甚至近似的光隔离器操作都可以用该结构实现。
2019-08-08 physics.optics
Low-Power Optical Traps using Anisotropic Metasurfaces: Asymmetric Potential Barriers and Broadband Response
我们提出了使用定制的各向异性和双曲超颖表面与线性偏振高斯光束照明的瑞利粒子的光捕获。该平台允许工程师在光束轴处的光学陷阱,其响应由来自光散射过程中超受限表面等离子体的定向激发的非保守和巨大的反冲力控制。与在大块金属上设置的光学陷阱相比,所提出的陷阱是宽带的,在这个意义上,可以设置在超颖表面支持表面等离子体激元的宽范围内以任何频率振荡的光束。在该范围内,超颖表面通过拓扑过渡从各向异性椭圆形演变为双曲线状态,并使光学陷阱具有独特的空间非对称势分布,由激发的等离子体激元的动量不平衡引起的局部势垒,以及允许使用低强度激光束稳定捕获纳米颗粒的增强的势深度。为了研究该平台的性能,我们开发了一个严格的形式主义的基础上的洛伦兹力结合各向异性格林函数的瑞利近似和计算的捕获潜力的非保守力使用Helmholtz-Hodge分解方法。定制的各向异性和双曲线超颖表面,通常由纳米结构化薄金属层实现,使得能够使用在可见光或IR中操作的低强度激光源来捕获和操纵纳米级的颗粒,并且可以实现生物工程、物理和化学中的广泛应用。
2020-08-01 physics.app-ph physics.optics
A nonreciprocal optical resonator with broken time-invariance for arbitrarily high time-bandwidth performance
在物理学和工程学中,大多数现代谐振系统的特征在于系统内外耦合的能量速率之间的严格时间反演对称性,这导致了波可以在系统中存储多长时间和系统带宽之间的权衡。任何试图减少谐振系统的损耗,并因此将(机械、声学、电子、光学、原子或任何其他性质的)波存储更多时间的尝试,也将不可避免地减少系统的带宽。直到最近,这种时间带宽限制一直被认为是基本的,由基本的傅立叶互易性引起的。最近的一个理论表明,它实际上可以通过打破共振系统中的洛伦兹互易性来克服,这重新引发了关于是否(或不是)确实如此的争论。在这里,我们报告一个腔的实验实现,通过打破时间不变性诱导非互易性,我们克服了普通谐振系统的基本时间带宽限制的30倍,与伴随的数值模拟完全一致。我们表明,虽然在实践中的实验约束限制我们的计划,时间带宽产品可以是任意大的,简单地由腔的精细度。我们的实验实现使用了一个简单的宏观,时变,光纤腔,在那里我们打破洛伦兹互易性非电磁打开腔,注入大带宽的脉冲,然后关闭腔,存储脉冲,可以在以后的时间按需释放。我们的研究结果为设计共振系统开辟了道路,共振系统在物理和工程中无处不在,可以同时是宽带的(即,超快),并拥有长的存储时间,从而释放波物理和波物质相互作用的新功能。
2020-04-10 physics.optics
Nonreciprocal scintillation using one-dimensional magneto-optical photonic crystals
本文提出利用一维磁光光子晶体打破洛伦兹互易性,实现闪烁发射的方向性控制,从而提升探测器方向的收集效率,拓展了纳米光子设计空间。
2024-09-25 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
On-chip optical isolators
Qingdao Innovation and Development Center, Harbin Engineering University(哈尔滨工程大学青岛创新发展基地);Faculty of Physics, ITMO University(ITMO大学物理学院)
本综述构建通用框架评估片上光隔离解决方案,对比三种集成非互易响应路径,分析相关约束与权衡,为可规模化光子集成电路提供机制视角。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Giant bias-free nonreciprocity for unpolarized light via synthetic motion
本研究提出一种全被动亚波长超表面,利用涡旋态铁氧体纳米盘与连续谱中准束缚态结合,实现无偏置、偏振无关的巨幅非互易方向性二色性,并给出可扩展制造方案,应用于非互易光子器件。
2025-10-15 physics.optics
Tutorial on Electromagnetic Nonreciprocity and Its Origins
本教程提供了一个直观和具体的电磁非互易性的现象,这将是有用的工程或物理背景的读者的描述。时间反演的概念和它的不同定义进行了讨论,特别强调它与互惠概念的关系。从Onsager互易关系出发,给出了Lorentz定理的推导过程,并讨论了电磁系统中互易性的其他含义。接下来,我们确定了所有可能的路线工程非互易设备,并详细分析其中三个:基于外部偏置,基于非线性和时变系统。不同的非互易装置的操作原理进行了解释。讨论了互易系统中非互易效应和非对称传输的相似性和根本区别。除了对该主题的教程描述外,手稿还包含原始发现。特别是,在线性双各向异性介质的基础上的空间和时间反转对称性的互易性和非互易现象的一般分类。这种分类是一种强大的工具,可以在具有相同物理起源的看似不同的效应之间进行类比,并可用于预测新的电磁现象。进一步推导了时变系统的电磁互易定理,并讨论了其适用性。
2020-07-24 physics.app-ph physics.optics
Energy-momentum conservation in pre-metric electrodynamics with magnetic charges
本文用拓扑的、预度量的方法证明了包含磁荷和电荷的经典电动力学中能量动量守恒的一个充分必要条件。由电流上的F=(E,B)和磁流上的G=(H,D)的相互作用构成的广义洛伦兹力可以从能量-动量“势”导出,当且仅当本构关系G=G(F)满足一定的消失条件。由Hehl和Obukhov引入的电磁互易性被认为定义了2-形式对(F,G)的张量积上的复杂结构,该结构独立于但与由任何洛伦兹度量定义的霍奇星算子一致。与文献中最近的一个主张相反,它并没有定义2-形式空间本身的复杂结构。
2004-04-06 hep-th math-ph math.DG
Solid-State Optical Magnetometer: Next-Generation Approach to Sub-Nanotesla Magnetic Sensing
本文提出一种基于黑磷超表面的固态光学磁力计,利用线性二色性与洛伦兹力形变实现亚纳特斯拉灵敏度和矢量探测,在室温下以微瓦级功耗达到皮特斯拉精度,为低功耗微型磁场传感提供新方案。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Exponentially enhanced sensing through nonreciprocal light propagation
通过非 reciprocal 光传播实现指数增强的传感,利用电光频率梳中的两个 HN 链实现高 SNR 的微小扰动检测。
2025-11-21 physics.optics quant-ph
Conservation of Pseudoangular Momentum in the Radiative Emission and Optical Excitation of Valley-Polarized Surface Lattice Resonances
University of Washington(华盛顿大学)
本文研究谷极化表面晶格共振的赝角动量守恒,建立其与局域表面等离子体角动量的关联,提出匹配的结构化光场实现选择性耦合,为纳米光子控制等提供新机遇。
2026-08-25 physics.app-ph physics.optics