2021年8月20日,伊萨卡,纽约,康奈尔大学研究人员提出来调节吸收并实时超材料的折射率素质的新途径,他们的发现开辟了新的机遇,以在时间和空间控制传播和散射的波在波物理和工程的各个领域中的应用。


该研究由博士生 Zeki Hayran 和 Aobo Chen 以及他们的顾问、工程学院电气与计算机工程学院助理教授 Francesco Monticone 共同进行。


“在电磁学和光子学中,空间调制的材料和结构(光栅、光子晶体、超材料)已经研究了几十年。相反,及时调制的超材料最近才开始引起越来越多的兴趣,”Hayran 和他的同事告诉 Photonics Media。“在关于这个新兴主题的文献中,通常研究了两类主要的时间调制:时间切换和周期性调制。

复杂动态介质中波相互作用:光可以通过时间扰动传播

在这项研究中,研究人员提出并在理论上证明了一类新的、广泛的时间调制,具有一些独特的特性(单向频率响应和固有的无反射)。这些结果不仅加深了对复杂动态介质中波相互作用的理解,而且还可以在某些应用场景中实现更好的性能和新功能。


在时间和空间中同时调制波传播的挑战是需要了解材料的固有色散,或者材料特性取决于频率的事实。


“正如论文中所讨论的,需要确保调制在设备工作带宽内的所有频率上都表现出相似的特性。另一个挑战是需要在入射脉冲到达时触发时间调制,”Hayran 及其同事说。


该团队打算展示一种复合超材料,其中折射和吸收特性同时调制,但在复合结构的不同材料中分别进行调制。研究人员说,射频和微波频率超材料可能特别合适,因为可以使用变容二极管或电阻器等标准电路组件以必要的速度实现所需的时间调制。


这项工作可以开发出新的超材料,其中包含远远超出目前可用的波吸收和散射特性。例如,宽带吸收器目前必须比特定值更厚才能有效,尽管厚度限制了设计的应用。


“要减小这种吸收器的厚度并增加其带宽,您必须克服传统材料的局限性,”Hayran 说:“绕过这些限制的一种方法是对结构进行时间调制。”

复杂动态介质中波相互作用:光可以通过时间扰动传播

在他们的论文中,研究人员从理论上证明了宽带宽上的无反射吸收。


“这可能具有重要意义,”海兰说:“例如,在雷达隐身技术方面。此外,我们还表明,光可以通过时间扰动传播,就好像扰动从未存在一样,这可能与需要稳健信号引导的应用相关,即使存在某些形式的时间噪声和扰动。”



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