新しいタイプのフォトニックタイムクリスタルで光に弾みをつける(A new type of photonic time crystal gives light a boost)

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2023-04-06 フィンランド・アールト大学

研究者たちは、光を増幅できるフォトニックタイムクリスタルを作成しました。通常の結晶が空間に繰り返す構造的パターンを持つのに対し、タイムクリスタルは時間的に繰り返すパターンを持ちます。これにより、高いゲインで光を増幅することができます。
この能力は、無線通信、集積回路、レーザーなどのさまざまな技術に応用できます。さらに、2次元フォトニックタイムクリスタルは、表面波を増幅し、集積回路内の電子部品間の通信効率を向上させることもできます。これにより、より効率的で強力な無線通信が実現できる可能性があります。

<関連情報>

メタサーフェスを用いたフォトニックタイムクリスタルの実現 Metasurface-based realization of photonic time crystals

Xuchen Wang,Mohammad Sajjad Mirmoosa ,Viktar S. Asadchy ,Carsten Rockstuhl ,Shanhui Fan and Sergei A. Tretyakov
Science Advance  Published:5 Apr 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adg7541

新しいタイプのフォトニックタイムクリスタルで光に弾みをつける(A new type of photonic time crystal gives light a boost)

Abstract

Photonic time crystals are artificial materials whose electromagnetic properties are uniform in space but periodically vary in time. The synthesis of these materials and experimental observation of their physics remain very challenging because of the stringent requirement for uniform modulation of material properties in volumetric samples. In this work, we extend the concept of photonic time crystals to two-dimensional artificial structures—metasurfaces. We demonstrate that time-varying metasurfaces not only preserve key physical properties of volumetric photonic time crystals despite their simpler topology but also host common momentum bandgaps shared by both surface and free-space electromagnetic waves. On the basis of a microwave metasurface design, we experimentally confirmed the exponential wave amplification inside a momentum bandgap and the possibility to probe bandgap physics by external (free-space) excitations. The proposed metasurface serves as a straightforward material platform for realizing emerging photonic space-time crystals and as a realistic system for the amplification of surface-wave signals in future wireless communications.

1700応用理学一般
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