一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)首次設(shè)計(jì)出了逼真的光子時(shí)間晶體——一種能以指數(shù)形式放大光線的奇異材料。這一突破為更快、更緊湊的激光器、傳感器和其他光學(xué)設(shè)備奠定了基礎(chǔ)，從而為通信、成像和傳感等領(lǐng)域帶來了令人興奮的可能性。

芬蘭阿爾托大學(xué)助理教授Viktar Asadchy說：“這項(xiàng)工作可能導(dǎo)致光子時(shí)間晶體的首次實(shí)驗(yàn)性實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)它們進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，并有可能改變各行各業(yè)。從高效光放大器和先進(jìn)傳感器到創(chuàng)新激光技術(shù)，這項(xiàng)研究挑戰(zhàn)了我們?nèi)绾慰刂乒馕镔|(zhì)相互作用的界限"。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志上。

圖片:搜狗截圖20241114122740.png

這項(xiàng)工作可能會(huì)導(dǎo)致光子時(shí)間晶體的首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，將其推向?qū)嶋H應(yīng)用并可能改變行業(yè)

光子時(shí)間晶體是一類獨(dú)特的光學(xué)材料。與具有空間重復(fù)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)晶體不同，光子時(shí)間晶體在空間上保持一致，但在時(shí)間上呈現(xiàn)周期性振蕩。這種與眾不同的特性產(chǎn)生了 “動(dòng)量帶隙”，即光在晶體內(nèi)停頓，而其強(qiáng)度隨時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)的不尋常狀態(tài)。

要理解光在光子時(shí)間晶體內(nèi)相互作用的特殊性，可以想象一下光在介質(zhì)中穿行的情景，這種介質(zhì)每秒在空氣和水之間切換四千萬次——這種非凡的現(xiàn)象挑戰(zhàn)了我們對(duì)光學(xué)的傳統(tǒng)理解。

光子時(shí)間晶體的一個(gè)潛在應(yīng)用是納米傳感。

Asadchy說：“想象一下，我們想檢測(cè)一種小顆粒的存在，如病毒、污染物或癌癥等疾病的生物標(biāo)記物。當(dāng)粒子被激發(fā)時(shí)，會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)的微量光。光子時(shí)間晶體可以捕捉這種光并自動(dòng)放大，從而利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)更高效的檢測(cè)。"

長(zhǎng)期以來，為可見光制造光子時(shí)間晶體一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)樾枰獦O快地同時(shí)大振幅地改變材料特性。迄今為止，光子時(shí)間晶體最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)演示——由同一研究團(tuán)隊(duì)的成員開發(fā)--僅限于更低的頻率，如微波。

在最新研究成果中，該團(tuán)隊(duì)通過理論模型和電磁模擬，首次提出了實(shí)現(xiàn)“真正光學(xué)”光子時(shí)間晶體的實(shí)用方法。他們預(yù)測(cè)，通過使用微小硅球陣列，以前無法實(shí)現(xiàn)的光放大所需的特殊條件終于可以在實(shí)驗(yàn)室中利用已知的光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

該團(tuán)隊(duì)由來自阿爾托大學(xué)、東芬蘭大學(xué)、卡爾斯魯厄理工學(xué)院和哈爾濱工程大學(xué)的研究人員組成。

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