論文の概要: Observation of wave amplification and temporal topological state in a genuine photonic time crystal

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.02223v1
• Date: Thu, 03 Jul 2025 01:06:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-04 15:37:15.385767
• Title: Observation of wave amplification and temporal topological state in a genuine photonic time crystal
• Title（参考訳）: 真のフォトニック時間結晶における波の増幅と時間的トポロジー状態の観察
• Authors: Jiang Xiong, Xudong Zhang, Longji Duan, Jiarui Wang, Yang Long, Haonan Hou, Letian Yu, Linyang Zou, Baile Zhang,
• Abstract要約: フォトニック時間結晶(PTCs)は、誘電率を周期的に変調した材料である。 これらのkギャップは、時間変調からエネルギーを抽出することで波の増幅を可能にする。 伝送線メタマテリアルを動的に変調して実現した実PSCにおけるkギャップの特性を実験的に実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.920541719491059
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Photonic time crystals (PTCs) are materials whose dielectric permittivity is periodically modulated in time, giving rise to bandgaps not in energy-as in conventional photonic crystals-but in momentum, known as k-gaps. These k-gaps enable wave amplification by extracting energy from temporal modulation, offering a mechanism for coherent light generation that bypasses traditional optical gain. PTCs also extend the concept of topological insulators to the time domain, inducing a temporal topological state at the mid-gap of the k-gap, characterized by the Zak phase-a topological invariant originally defined for spatial lattices. Here, we experimentally demonstrate the properties of a k gap in a genuine PTC, realized in a dynamically modulated transmission-line metamaterial. Wave amplification within the k-gap is observed, with an initial power spectrum narrowing and shifting toward the gap. To probe the mid-gaptopological state, we introduce a temporal interface separating two PTCs with distinct topological phases. The measured phase shift between time-reflected and time-refracted waves, together with the temporal confinement of the topological state, provides direct evidence of nontrivial temporal topology. By integrating kgap amplification with time-domain topological features, our work opens new avenues for light generation and manipulation in time-varying photonic materials.
• Abstract（参考訳）: フォトニック・タイム・クリスタル(英: Photonic Time Crystals、PTC)は、誘電率を周期的に変調した材料であり、従来のフォトニック・クリスタルではエネルギー的にではなく運動量的にバンドギャップが生じる。 これらのkギャップは、時間変調からエネルギーを抽出することで波動増幅を可能にし、従来の光学利得をバイパスするコヒーレント光の発生機構を提供する。 PTCはまた、トポロジカル絶縁体の概念を時間領域にまで拡張し、kギャップの中間ギャップにおける時間的トポロジカル状態を誘導し、もともと空間格子のために定義されたザック位相-位相不変量によって特徴づけられる。 そこで本研究では,動的に変調された伝送線路メタマテリアルで実現された実PSCにおけるkギャップの特性を実験的に実証した。 kギャップ内の波の増幅が観測され、初期パワースペクトルが狭くなり、ギャップに向かってシフトする。 本研究では,位相位相の異なる2つのPSCを分離した時間的インターフェースを導入する。 時間反射波と時間屈折波の位相変化は、位相状態の時間的閉じ込めとともに、非自明な時間的トポロジーの直接的な証拠となる。 kgap増幅を時間領域トポロジカルな特徴と組み合わせることで、時間変化フォトニック材料における光発生と操作のための新たな道を開く。

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