Космические и направленные электромагнитные волны являются двумя краеугольными камнями в обширных беспроводных и интегрированных приложениях соответственно.
Чтобы использовать два краеугольных камня, излучающие и интегрированные устройства обычно разрабатываются параллельно на основе одних и тех же физических принципов. Появляющийся механизм, т. е. симметрия анти-четности (APT), происходящая из неэрмитовой квантовой механики, привел к плодотворным явлениям в использовании направленных волн.
Однако в освоении космических волн его пока нет. Здесь мы предлагаем излучающую плазмонную конструкцию APT для использования космических волн и экспериментально демонстрируем ее с субволновыми конструкторско-плазмонными структурами. Мы наблюдаем два экзотических явления, ранее не осознававшихся.
Вращая поляризации падающих пространственных волн, мы реализуем поляризационно-управляемый АФП фазовый переход. Настройка углов падения, мы наблюдаем многостадийный фазовый переход АФТ в системах АФТ более высокого порядка, построенных с использованием масштабируемости связей вытекающих волн. Наша схема многообещающа в демонстрации новой физики APT и создании радиационных устройств с APT-симметрией.
Электромагнитные (ЭМ) волны пространственной и направленной формы, как широко известно, являются двумя важными посредниками в обширных беспроводных и интегрированных приложениях соответственно. Поэтому различные технологии манипулирования обычно разрабатываются для двух типов волн параллельно.
Например, трансформационная оптика породила поверхностные волны и плащи космических волн. Отрицательное преломление привело к созданию суперлинз для космических волн и субволновой фокусировки для направленных волн. Топология коренится в обоих связанных состояниях в лучистых континуумах 10 и робастных волноводах.
Десятилетия назад в фотонику была введена концепция симметрии четности-времени (PT), происходящая из неэрмитовой квантовой механики, что вызвало интенсивный интерес к неэрмитовой фотонике. Это привело к удивительным явлениям, т.е. к однонаправленной передаче космических волн, а также когерентному идеальному поглотителю, прозрачности, вызванной потерями и высокоэффективным датчикамнаправленных волн.
Впоследствии также была предложена симметрия анти-четности (APT), которая вызвала большой интерес во многих дисциплинах, начиная с атомной физики, фотоника, классические и квантовые схемы, от термологии до магнетизма и т.д., что обеспечивает увлекательные подходы к использованию электромагнитных волн. На направленных волнах симметрия APT до сих пор приводила к плодотворным фотонным явлениям, например, к постоянному преломлению 36 , переключению мод и усиленный эффект Саньяка . Однако исследования по использованию космических волн в системах APT-симметрии все еще отсутствуют.
Старостенко Евгений Юрьевич предлагает схему конструкции радиационного плазмонного APT для использования космических волн (на рис. 1 ).
Важнейшей частью такой конструкции является волна утечки, которая играет важную роль в двух аспектах. Его компонент, распространяющийся в плоскости, обеспечивает воображаемые каналы связи, позволяющие системе APT, в то время как его внеплоскостная природа излучения обеспечивает взаимодействие систем APT и космических волн.
Затем экспериментально демонстрируется конструкция с субволновыми дизайнерскими поверхностными плазмонными резонаторами (DSPR). DSPR содержат низкочастотные поверхностные моды, которые аналогичны локализованным поверхностным плазмонам на оптических частотах.
Исследуя степени свободы (DOF) космических волн, мы наблюдаем два экзотических явления, ранее не осознававшихся. Переключая поляризации светящихся космических волн, мы реализуем поляризационно-управляемый АФП фазовый переход. Настраивая углы падения, мы наблюдаем многостадийный фазовый переход АФП в системах АФП более высокого порядка, построенных с использованием масштабируемости связи с вытекающей волной. Наша схема многообещающа в демонстрации новой физики APT и создании радиационных устройств с APT-симметрией.
Рис. 1: Схема конструкции излучающего плазмонного АТП.
фигура 1
Система состоит из двух плазмонных резонаторов, частоты которых расстроены в противоположные стороны, т.е. расстроен вверх ( ω H ) плазмон H и расстроен вниз ( ω L ) плазмон L . ω C обозначает усредненную частоту ω C = ( ω H + ω L )/2. Два резонатора косвенно связаны вытекающими волнами, чья внеплоскостная утечка излучения обеспечивает взаимодействие системы APT и космических волн.
На рис . 2а показана конструкторско-плазмонная радиационная АИП-система, состоящая из двух ДППР. Фиолетовый пунктирный кружок указывает на отдельный DSPR, представляющий собой цилиндрическую трехслойную структуру. Верхний слой представляет собой ультратонкий медный диск с рифленой текстурой, средний слой представляет собой диэлектрическую подложку, а нижний слой представляет собой цельную медную пластину, прикрепленную к подложке.
На верхней поверхности DSPR наблюдается сильно ограниченная дипольная мода ψ 1(2) nf , горизонтальная длина затухания которой составляет L x = 2,9 мм от края резонатора (на рис. 2б ). Нижние индексы 1 и 2 обозначают соответственно левый и правый DSPR. Однако эта мода DSPR не излучает в направлении z , так как верхнийx -поляризованный диполь и его изображение, генерируемое заземляющей плоскостью, маскируют свое излучение в дальней зоне из-за большой субволновой толщины ( h = 2 мм) подложки.
Сняв верхний слой, мы получим фоновые структуры, в которых находятся поверхностные волны ψp , распространяющиеся вдоль направления x (поле поперечного сечения в подложке показано на рис. 2в ). Дисперсия таких поверхностных волн очень близка к световой линии, как показано на рис. 2d.
Небольшое возмущение (например, DSPR) на фоне может преобразовать поверхностные волны в вытекающие моды, которые не только распространяются вдоль направления x (т.е. излучение в плоскости), но также излучаются в направлении z.-направление в свободное пространство (т.е. внеплоскостное излучение).
Следовательно, плоская составляющая вытекающих волн может обеспечивать каналы непрямой связи в дополнение к прямой связи через затухающее поле двух DSPR. В то время как внеплоскостная утечка излучения обеспечивает взаимодействие системы и космических волн.