时空调制超表面中的脉冲驱动光子跃迁与非互易性
光学
2026-01-27 v1 材料科学
摘要
时变光子系统为控制光提供了新的可能，催生了光子时间晶体、时间反射与折射、频率转换、人工规范场、光学非互易性等效应。这些效应源于光学性质的动态调制，其可介导不同频率和/或波矢的本征态之间的光子跃迁。为实现此类跃迁，传统方法依赖于周期调制方案，这要求超快调制速率和持续的能量输入，在光学频率下带来了重大的实际挑战。在此，我们证明，辐射连续域内由周期调制驱动的光子跃迁可以使用单周期超快脉冲调制进行有效模拟，从而消除对持续连续调制的需求。通过利用超表面中的色散工程来调控辐射连续域中的态密度，我们实现了受控的频率跃迁，并作为关键应用从理论上展示了自由空间波的强非互易性。我们的发现可为未来使用透明导电氧化物和半导体等材料开展时变光子学的实验研究提供指导，拓展超快与可重构光学技术的可能性。更广泛地，我们的工作可为动态光子系统建立一个实用且节能的框架，其潜在应用涵盖从时空波前操控到光子计算与超快信号处理。
引用
@article{arxiv.2601.18084,
title = {Pulse-driven photonic transitions and nonreciprocity in space-time modulated metasurfaces},
author = {Zeki Hayran and John B. Pendry and Prasad P. Iyer and Francesco Monticone},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.18084},
year = {2026}
}