非-Foster 光子时间晶体
光学
2025-09-03 v1
摘要
光子时间晶体（PhTC）是材料参数随时间周期变化的均匀介质，开辟了电磁模式在动量区间内指数增长的动量带隙。迄今为止，PhTC 仅使用被动、无损耗材料，具有“正”色散（Foster 材料），而针对介于主动材料、具有“负”色散（non-Foster 材料）的 PhTC 及其相关物理性质的理论框架尚未建立。本文探讨了两种各向同性 PhTC 结构嵌入非-Foster inclusions：一种是具有周期调制负介电常数的 bulk 介质，另一种是表面电容在正负值之间交替变化的 metasurface。通过解析传递矩阵公式，我们展示了非-Foster 介电常数调制不仅无限制地扩大了动量带隙，还表明其增益率随动量线性增长。令人惊讶的是，所提出的各向同性 PhTC 支持对数频率以下的指数放大——这一频率范围在传统各向同性 PhTC 中无法实现。这些结果为超宽带波控制、高增益信号处理和能源收集器设备开辟了新途径，这些器件利用具有活性、时序调制电路的独特色散特性。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.00795,
title = {Non-Foster Photonic Time Crystals},
author = {Zeyuan Li and Mohammad Sajjad Mirmoosa and Silvio Hrabar and Viktar Asadchy and Xuchen Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.00795},
year = {2025}
}
备注
6 pages,3 figures