مجزاسازی بدون تقابل و غیرمغناطیسی بر اساس حلقه­ های تشدید کنندۀ کوپل­ شده و مدوله ­شده به صورت پارامتری

مجزاسازی بدون تقابل و غیرمغناطیسی بر اساس حلقه­ های تشدید کنندۀ کوپل­ شده و مدوله ­شده به صورت پارامتری

Magnetic-free non-reciprocity and isolation based on parametrically modulated coupled-resonator loops

Non-reciprocal components which are essential to many
modern communication systems are almost exclusively
based on magneto-optical materials severely limiting their
applicability. A practical and inexpensive route to magneticfree
non-reciprocity could revolutionize radio-frequency and
nanophotonic communication networks. Angular-momentum
biasingwas recently proposed as a means of realizing isolation
for soundwaves travelling in a rotatingmedium1 and envisaged
as a path towards compact linear integrated non-reciprocal
electromagnetic components2 3. Inspired by this concept here
we demonstrate a subwavelength linear radio-frequency
non-reciprocal circulator free from magnetic materials and
bias. The scheme is based on the parametric modulation
of three identical strongly and symmetrically coupled
resonators. Their resonant frequencies are modulated by
external signals with the same amplitude and a relative phase
di erence of 120 imparting an e ective electronic angular
momentum to the system. We observe giant non-reciprocity
with up to six orders of magnitude di erence in transmission
for opposite directions. Furthermore the device topology
is tunable in real time and can be directly embedded in a
conventional integrated circuit.
Early attempts to realize magnetic

مجزاسازی بدون تقابل و غیرمغناطیسی بر اساس حلقه­ های تشدید کنندۀ کوپل­ شده و مدوله ­شده به صورت پارامتری

اجزای بدون تقابل (که بخش اساسی در بسیاری از سیستم­های مخابراتی پیشرفته هستند) تقریبا بصورت منحصر بفردی بر مبنای مواد مغناطیسی-نوری هستند که باعث محدودیت شدید کاربردپذیری آن­ها شده­اند. یک مسیر عملی و ارزان­قیمت به سمت بدون تقابل و غیرمغناطیس می­تواند تغییرات شگرفی در شبکه­های مخابراتی نانو فوتونیک و رادیو فرکانسی ایجاد کند. بایاس ممان زاویه­ای بتازگی به عنوان وسیله­ای برای تحقق ایزوله­ی امواج صدا که در محیط دورانی حرکت می­کنند پیشنهاد شده است و به عنوان مسیری به سمت اجزای الکترومغناطیسی بدون تقابل مجتمع خطی و فشرده تصور می­شود. با الهام از این اصول، در اینجا یک سیرکیولیتر (circulator) بدون تقابل رادیوفرکانسی خطی طول موج فرعی از مواد مغناطیسی و بایاس نشان می­دهیم. این طرح بر مبنای مدولاسیون پارامتری سه رزناتور یکسان است که بصورت متقابل و قدرتمند به هم کوپل شده­اند. فرکانس­های تشدید این رزناتورهای با استفاده از سیگنال­های خارجی با دامنه­ی یکسان و اختلاف فاز نسبی 120 درجه مدوله شده­اند که یک ممان زاویه­ای الکترونیکی موثری به سیستم اعمال می­کنند. بدون تقابل بزرگی با شش مرتبه از اختلاف اندازه در انتقال برای جهات مخالف حفظ می­کنیم. علاوه بر این، ساختار دستگاه در زمان واقعی قابل تنظیم (تون) کردن هست و می­توان آن را براحتی در مدا مجتمع متعارف تعبیه کرد.