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Coupled Thermal and Power Transport of Optical Waveguide Arrays: Photonic Wiedemann-Franz Law and Rectification Effect
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-09-11 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.116303 Meng Lian 1 , Yue Geng 1 , Yin-Jie Chen 1 , Yuntian Chen 1, 1, 2 , Jing-Tao Lü 1
Physical Review Letters ( IF 8.1 ) Pub Date : 2024-09-11 , DOI: 10.1103/physrevlett.133.116303 Meng Lian 1 , Yue Geng 1 , Yin-Jie Chen 1 , Yuntian Chen 1, 1, 2 , Jing-Tao Lü 1
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In isolated nonlinear optical waveguide arrays, simultaneous conservation of longitudinal momentum flow (“internal energy”) and optical power (“particle number”) of the optical modes enables study of coupled thermal and particle transport in the negative temperature regime. Based on exact numerical simulation and rationale from Landauer formalism, we predict generic photonic version of the Wiedemann-Franz law in such systems, with the Lorenz number . This is rooted in the spectral decoupling of thermal and particle current, and their different temperature dependence. In addition, in asymmetric junctions, relaxation of the system toward equilibrium shows apparent asymmetry for positive and negative biases, indicating rectification behavior. This Letter illustrates the possibility of simulate nonequilibrium transport processes using optical networks, in parameter regimes difficult to reach in natural condensed matter or atomic gas systems. It also provides new insights in manipulating power and momentum flow of optical waves in artificial waveguide arrays.
中文翻译:
光波导阵列的热电耦合传输:光子 Wiedemann-Franz 定律和整流效应
在隔离非线性光波导阵列中,光学模式的纵向动量流(“内能”)和光功率(“粒子数”)的同时守恒使得能够研究负温度状态下的耦合热和粒子输运。基于精确的数值模拟和兰道尔形式主义的基本原理,我们预测了此类系统中维德曼-弗朗茨定律的通用光子版本,其中洛伦兹数为 。这根源于热电流和粒子电流的光谱解耦,以及它们不同的温度依赖性。此外,在不对称连接处,系统向平衡松弛表现出明显的正偏和负偏不对称,表明纠正行为。这封信说明了使用光学网络在天然凝聚态物质或原子气体系统中难以达到的参数范围内模拟非平衡传输过程的可能性。它还为操纵人工波导阵列中光波的功率和动量流提供了新的见解。
更新日期:2024-09-12
中文翻译:
光波导阵列的热电耦合传输:光子 Wiedemann-Franz 定律和整流效应
在隔离非线性光波导阵列中,光学模式的纵向动量流(“内能”)和光功率(“粒子数”)的同时守恒使得能够研究负温度状态下的耦合热和粒子输运。基于精确的数值模拟和兰道尔形式主义的基本原理,我们预测了此类系统中维德曼-弗朗茨定律的通用光子版本,其中洛伦兹数为 。这根源于热电流和粒子电流的光谱解耦,以及它们不同的温度依赖性。此外,在不对称连接处,系统向平衡松弛表现出明显的正偏和负偏不对称,表明纠正行为。这封信说明了使用光学网络在天然凝聚态物质或原子气体系统中难以达到的参数范围内模拟非平衡传输过程的可能性。它还为操纵人工波导阵列中光波的功率和动量流提供了新的见解。