Electromagnetic wave analogue of an electronic diode

http://www.nanophotonics.org.uk/niz/publications/shadrivov-2011-ed.pdf



Timbal balik hukum Lorentz menyatakan bahwa transmisi linear dari bagian polarisasi tertentu harus identik untuk arah maju dan mundur, kecuali media adalah statis magnet atau menyebabkan konversi polarisasi. Dalam optik, isolator sederhana memanfaatkan transmisi nonreciprocal cahaya terpolarisasi sirkular terdiri dari sepasang polarizer dan rotator Faraday dan memerlukan medan magnet statis . Pendekatan serupa juga digunakan untuk perangkat microwave. Sebagai contoh lain, transmisi asimetris dalam struktur metamaterial diperbolehkan jika propagasi disertai dengan polarisasi konversi.


Teori Lorentz tidak berlaku untuk efek nonlinear, sehingga memungkinkan transmisi asimetris gelombang elektromagnetik yang intens. Asymmetric nonlinear didistribusikan kisi-kisi Bragg, Struktur metamaterial. Struktur berlapis bahkan teratur Diprediksi secara teoritis untuk menunjukkan respon terarah asimetris untuk cahaya terpolarisasi linear. Dalam tulisan ini, kami memperkenalkan dan memverifikasi eksperimental konsep dioda elektromagnetik linier untuk gelombang sirkuler terpolarisasi. Hal ini sejalan dengan dioda elektronik yang mentransmisikan arus listrik hanya satu arah karena karakteristik arus-tegangan nonlinear nya, lihat gambar1. Unsur nonlinear dalam struktur nonreciprocal kami adalah metamolecule kiral buatan. Dengan memperkenalkan nonlinier ke metamolecule, kita eksperimental menunjukkan bahwa hal itu menunjukkan transmisi searah untuk satu polarisasi melingkar sambil tetap transparan untuk polarisasi wenangan berlawanan.


transmisi asimetris nonlinear hanya dapat terjadi dengan adanya efek propagasi tergantung intensitas kekuatannya. Ide kami adalah untuk mengeksploitasi ketergantungan intensitas gyrotropy media kiral, yang memanifestasikan dirinya sebagai diferensial birefringence melingkar dan dichroism. Telah dikenal selama hampir 200 tahun yang banyak media alam menunjukkan aktivitas optik yang kuat; Namun, perkiraan teoritis meramalkan bahwa aktivitas optik nonlinier akan kecil dan sulit untuk mengamati. Penyebutan pertama efek ini dibuat oleh SI Wawilow Yang menyimpulkan bahwa intensitas cahaya yang diperlukan hanya bisa ditemukan di dalam bintang. Penemuan selanjutnya dari laser memungkinkan untuk mempelajari efek ini dengan tingkat daya eksperimental dicapai, dan itu pertama kali diamati pada tahun 1979 di LiIO3  kristal. Dalam materi tersebut aktivitas optik nonlinier lebih kecil daripada rekan linier dengan faktor 10-6.  dan ini diperlukan sampel beberapa sentimeter panjang dan intensitas cahaya dari 100 MW cm-2. yang dekat dengan pemecahan optik kristal. Seperti tingkat kecil non-linear tidak cukup untuk menunjukkan fungsionalitas praktis penting dioda elektromagnetik. Dalam media buatan, bagaimanapun, tingkat yang jauh lebih tinggi dari aktivitas optik dapat dicapai melalui rekayasa sifat kiral dari metamolecules. Misalnya, rotasi polarisasi dalam microwave metamaterials kiral dapat hampir satu juta kali lebih kuat dari pada kuarsa alami untuk frekuensi optik, sekali ketebalan sampel dinormalkan dengan panjang gelombang radiasi. Selain itu, berbeda dengan media yang alami, tingkat tinggi nonlinier dapat segera dicapai dalam metamaterials melalui dimasukkannya komponen elektronik nonlinear untuk aplikasi microwave Atau dengan memanfaatkan efek tambahan lokal-bidang dalam rentang optik. Hal ini menyebabkan kesempatan untuk mengamati gyrotropy nonlinear sangat kuat dan dengan demikian untuk mengembangkan dioda elektromagnetik.