Synthetic phonons enable nonreciprocal coupling to arbitrary resonator networks.
Synthetic phonons enable nonreciprocal coupling to arbitrary resonator networks.
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DOI：
10.1126/sciadv.aat0232
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发表时间：
2018-06
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Bahl G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Peterson CW;Kim S;Bernhard JT;Bahl G
离散耦合元件的类波时空调制产生使非互易耦合成为可能的合成声子。诱导非互易波传播是电磁学、光学和声学中广泛的物理系统中的一个基本挑战。最近的努力，以创造非互易设备已经离开了既定的磁光方法，而是利用基于动量的技术，如谐振器和波导的相干时空调制。然而，到目前为止，这些设备可以实现的非互易频率响应受到限制，主要是宽带或洛伦兹形传递函数。我们发现，波导和谐振器网络之间的非互易耦合，使可定制的非互易频率响应的设备的创建。我们通过合成声子的作用产生非互易耦合，合成声子模拟传播声子，可以在频率和动量不同的引导模式和共振模式之间散射光。我们在微带电路中实现非互易耦合，并通过实验证明了两个基本的非互易功能，如隔离和回转，以及可重构，高阶非互易滤波器。我们的研究结果表明非互易耦合作为一个平台，广泛的一类可定制的非互易系统，适用于所有的波现象。
Wavelike spatiotemporal modulation of discrete coupling elements creates synthetic phonons that enable nonreciprocal coupling. Inducing nonreciprocal wave propagation is a fundamental challenge across a wide range of physical systems in electromagnetics, optics, and acoustics. Recent efforts to create nonreciprocal devices have departed from established magneto-optic methods and instead exploited momentum-based techniques such as coherent spatiotemporal modulation of resonators and waveguides. However, to date, the nonreciprocal frequency responses that these devices can achieve have been limited, mainly to either broadband or Lorentzian-shaped transfer functions. We show that nonreciprocal coupling between waveguides and resonator networks enables the creation of devices with customizable nonreciprocal frequency responses. We create nonreciprocal coupling through the action of synthetic phonons, which emulate propagating phonons and can scatter light between guided and resonant modes that differ in both frequency and momentum. We implement nonreciprocal coupling in microstrip circuits and experimentally demonstrate both elementary nonreciprocal functions such as isolation and gyration, as well as reconfigurable, higher-order nonreciprocal filters. Our results suggest nonreciprocal coupling as a platform for a broad class of customizable nonreciprocal systems, adaptable to all wave phenomena.
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