將光線壓縮成無窮小的細(xì)線

研究人員已經(jīng)證明了一種新的電磁波模式，稱為“線波”，它沿著兩個(gè)相鄰表面之間具有不同電磁特性的界面沿著無窮小的細(xì)線傳播?？茖W(xué)家們預(yù)計(jì)，線波將有效地用于電磁能量的有效路由和集中，例如光，在集成光子學(xué)，傳感和量子過程以及未來真空電子學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

“線波是第一個(gè)被無限小的一維物體引導(dǎo)的電磁波，”加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校電子和計(jì)算機(jī)工程教授，該研究的資深作者Daniel Sievenpiper說。“波導(dǎo)只不過是一條線，導(dǎo)致非常高的場濃度。這可用于增強(qiáng)非線性過程，從而導(dǎo)致用于光通信的高速調(diào)制器或更靈敏的化學(xué)探測(cè)器等。

“令人印象深刻的是如何將波浪擠入一條簡單的線路，可以產(chǎn)生基本上無限的能量集中和近乎完美的能量傳輸，”Dia'aaldin Bisharat說，他是城市大學(xué)的訪問研究員，是第一作者。該研究并在加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院進(jìn)行。研究人員發(fā)表了“ 物理評(píng)論快報(bào)”雜志。

新的電磁線波類似于所謂的電磁表面波，其發(fā)生在兩個(gè)彼此疊置的不同材料之間的表面界面處。表面波可用于強(qiáng)烈限制和引導(dǎo)光，使其可用于能量傳輸和通信應(yīng)用。

另一方面，線波被限制在彼此相鄰放置的兩個(gè)表面之間的界面處。線波被限制在一維空間中，而表面波被限制在二維空間中。想象一下，這兩個(gè)平面的厚度為零并且并排放置，將界面限制為一條線 - 因此稱為線波。這種額外的限制使得線波能夠形成復(fù)雜的電路，使其在能量傳輸和通信應(yīng)用中更加出色，因?yàn)樗鼈冊(cè)黾恿吮砻娌ú痪邆涞臋M向限制。

實(shí)現(xiàn)線波的關(guān)鍵是其中一個(gè)表面是電感性的而另一個(gè)是電容性的。感應(yīng)表面支持橫向磁極化波，而電容表面支持橫向電極化波。當(dāng)兩個(gè)表面類型并排放置時(shí)，這兩個(gè)不同的邊界支持界面處的線波。

線波的另一個(gè)重要特征是它們自然地防止了后向散射。這意味著線路中的缺陷不能將波散射回光源，因此這種類型的波導(dǎo)自然可以防止不必要的反射，Sievenpiper解釋說。“這與最近開發(fā)的光子拓?fù)浣^緣體類似，但線波具有一些優(yōu)勢(shì)，例如更寬的帶寬，并且它們?cè)试S更簡單的制造，”Sievenpiper說。

“我們的系統(tǒng)可能用于簡單的量子信息處理，其中信號(hào)根據(jù)特定的量子態(tài)在不同的方向上路由，”Bisharat指出。

研究人員通過使用周期性超曲面在實(shí)驗(yàn)和模擬中展示了線波，他們希望通過使用其他材料可以進(jìn)一步增加工作范圍。一種可能性是石墨烯，其可以根據(jù)其摻雜水平設(shè)計(jì)為電感表面或電容表面。Bisharat解釋說，使用石墨烯片可以改變線波的速度和限制，并沿不同的路徑引導(dǎo)它們，從而產(chǎn)生太赫茲頻率的電場可編程電路。

為了證明線波的控制，研究人員在模擬中展示了如何沿著彎曲的路徑引導(dǎo)線波并使其成為急轉(zhuǎn)彎。這種以受控方式限制和傳輸電磁能量的能力可能對(duì)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和集成光子學(xué)應(yīng)用很有用，研究人員計(jì)劃在未來進(jìn)一步研究。

“我們還啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，將這一概念從電磁領(lǐng)域擴(kuò)展到聲學(xué)或聲波，使材料具有控制振動(dòng)，聲音傳播和熱傳輸?shù)男绿匦裕?rdquo;Sievenpiper說。