设计时空超材料：色散工程的核心作用
光学
2025-11-26 v1 应用物理
摘要
时空超材料通过实现对电磁场的完全动态四维控制，重新定义了波工程领域，允许同时操控频率、振幅、动量和传播方向。这种统一的功能性远远超越了破缺互易性的机制，标志着从静态介质向多色、能量高效的波处理器的根本转变。本文确立了色散工程作为这些动态系统的核心设计范式。我们表明，连接频率与波数的色散关系是支配非互易性、光束分裂、非对称频率转换、放大、空间分解和动量带隙等奇异波现象的总蓝图。通过分析亚光速、光速和超光速调制 regime 下的解析色散面和等频轮廓，我们揭示了定制的时空调制如何在不同谐波模式之间调控能量流。我们进一步展示了该框架如何直接指导实际器件运行，突出了先进的实现，包括超导约瑟夫森结阵列中的角频率光束复用。结合波理论、数值建模和实验实现的见解，本工作为利用色散工程设计下一代用于无线通信、量子技术和集成光子学的超材料提供了全面的路线图。
引用
@article{arxiv.2511.19541,
title = {Designing Space-Time Metamaterials: The Central Role of Dispersion Engineering},
author = {Sajjad Taravati},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.19541},
year = {2025}
}