Reversibel enkelriktad utbredning av hyperboliska moder. Kredit:Z. Guo et al.
Närfältsljus är osynligt ljus på subvåglängdsskalan. Utnyttjad för en mängd olika praktiska tillämpningar, såsom trådlös kraftöverföring, Närfältsljus har en allt viktigare roll i utvecklingen av fotoniska miniatyrenheter på chip. Att styra riktningen för närfältsljusutbredning har varit en pågående utmaning som är av grundläggande intresse inom fotonikfysik och kan avsevärt främja en mängd olika tillämpningar.
Än så länge, förökning av nära-fältljus i en enda riktning uppnås genom specifika interaktioner mellan den elektriska dipolen och den magnetiska dipolen i ett system, vilket har lett till oundvikliga komplexiteter i enhetsdesign. Hyperboliska metamaterial (HMMs), en viktig klass av artificiellt anisotropiskt material med hyperboliska isofrekvenskonturer, har uppmärksammats på grund av sin unika förmåga att kontrollera närfältsljus genom att möjliggöra subvåglängdsinneslutning av elektromagnetiska vågor. Stora vågvektorlägen i HMMs är av särskilt intresse eftersom dessa lägen är lättare att integrera och har en mindre energiförlust vid överföring.
Som rapporterat i Avancerad fotonik , forskare från Tongji University i Kina demonstrerade nyligen ett helt elektriskt system som kan flexibelt kontrollera utbredningsriktningen för närfältsljus. De rapporterade avvikande enriktad excitation av hyperboliska lägen med stor vågvektor vid subvåglängdsskalor. Enligt deras forskning, selektiv närfältskoppling i HMM:er möjliggörs av diskreta elektriska dipoler med olika faser, som fungerar som en metakälla bestående av helelektriska komponenter och med en symmetriassocierad inre frihet.
Enkelriktad excitation av hyperboliska bulkmoder med hjälp av en helelektrisk Huygens-metakälla:(a) (b) Beräknad excitationsfaktor för |Fk| den helelektriska Huygens-metakällan som en funktion av utbredningsriktningen θ i olika inställningar. Den |Fk| funktioner i HMM och luft betecknas med blå och orange linjer, respektive. De streckade röda och svarta linjerna indikerar HMM -dispersionen ɷ (kx, kz) och det maximala värdet av |Fk|. (c), (d) Uppmätt enriktad utbredning av den helelektriska Huygens-metakällan i en kretsbaserad HMM för (a) och (b), respektive. Bildkredit:Z. Guo et al
Deras forskning tar inte bara upp behovet av ett helt elektriskt experimentellt designschema för närfältsfotonik, men bidrar också med grundläggande värdefulla symmetribaserade exciteringsprinciper. Med hjälp av en Huygens-metakälla, forskarna kunde observera den enkelriktade exciteringen av hyperboliska bulklägen i en plan HMM. De fann att enriktad excitation i ledigt utrymme är densamma som i vertikal riktning, men tvärtom i horisontell riktning. Dessa olika utbredningsegenskaper i horisontella och vertikala riktningar är unika för de hyperboliska moderna. Dessutom, forskarna använde spinnmetakällor för att studera den riktade spridningen av ljus i en plan hyperbolisk vågledare. De fann att, för den medurs roterande spin-metakällan, bara det guidade läget som sprider sig från höger till vänster är upphetsat. Och för den moturs roterande källan, endast det guidade läget som fortplantar sig från vänster till höger är exciterat.
Övergripande, forskningen utvecklar områdena optisk vetenskap och informationskommunikation, eftersom resultaten ger de nödvändiga förutsättningarna för mycket effektiv och experimentellt verifierad fotonikdirigering. För nya tillämpningar i integrerade optiska enheter, samt trådlös kraftöverföring, växlande, och filtrering, detta arbete lovar oöverträffad flexibel kontroll av närfältsljus.
