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通过多种光子掺杂物进行ENZ介质的色散编码
发布时间:2022-09-22 18:58:00 阅读:202

来源:phys.org; 电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 杨骐语 编译

(a) ENZ介质的色散编码概念图,其中ENZ主机中的多个任意位置的介电掺杂物作为非交互式谐振器,在各自的谐振频率上调制光。(b) 分散编码的应用,包括射频标记和多频动态过滤。资料来源:周子恒等人。

    小介电常数的介质,即ε-near-zero(ENZ)介质,已经引起了物理学、材料科学和工程学领域的极大关注。ENZ介质中的波长原则上是无限延伸的,这引起了空间上的静态和时间上的振荡波动力学。

    长期以来,人们一直在努力实现对ENZ介质的灵活操纵,并创造现实世界的应用。近年来,超材料的兴起,研究人员使用周期性排列的人工单元或谐振器来控制复合介质的有效构成参数。然而,由多个谐振器组成的ENZ介质将如何表现,以及这些谐振器如何通过ENZ背景进行互动,仍然是个谜。

    在新近发表于《光:科学与应用》杂志的一篇论文中,由中国清华大学电子工程系李越(音译)教授领导的科学家团队,联合西班牙纳瓦拉公立大学和美国宾夕法尼亚大学,揭示了ENZ介质中的一种奇异现象。

    他们证明了多个密集堆积的电介质棒,命名为光子掺杂物,可以提供非相互作用的谐振模式,同时仍然与外部环境相耦合。这些 "非交互式谐振器 "的行为是反直觉的,它与传统的微波和光学谐振器的行为形成对比。理论和实验都表明,由多种介质掺杂物组成的ENZ介质可以表现出有效磁导率函数的“梳状”弥散,值得注意的是,频率梳中的每个“刻度”都可以与一种特定的掺杂物相关,并可以独立改变。

    科学家们提出了ENZ介质的色散编码技术。通过选择每种介质掺杂物的存在或不存在,人们可以独立地控制ENZ介质在一系列频率上的反应。科学家们介绍了色散编码的两个有趣的应用。

    第一个是光学标签,其中不同的电介质掺杂物组合可以代表不同的信息系列,第二个是数字可重构的梳状滤波器。科学家们总结了ENZ介质色散编码技术的关键点:

    “(1)作为与周期性超材料的一个重要区别,掺杂的ENZ介质的有效参数(有效磁导率)完全由单元格,即介电掺杂物的特性决定,而不是由其位置决定。(2)非交互式介电掺杂物对整个ENZ介质的贡献是相加的,这大大简化了人工复合材料的设计。”

    “在未来,色散编码技术可用于太赫兹甚至光学范围内的多频模拟信号处理。由于ENZ介质的形状以及电介质掺杂物的空间排列对色散编码的效果没有影响,人们能够实现用于高频信号处理和过滤的超紧凑和高度集成的设备。”

 
 

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