光子時間晶體的新設計改變控制光的方式
一個國際研究團隊首次設計出了逼真的光子時間晶體——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、傳感器和其他光學設備奠定了基礎，從而為通信、成像和傳感等領域帶來了令人興奮的可能性。 ^.#jF# u~
芬蘭阿爾托大學助理教授Viktar Asadchy說：“這項工作可能導致光子時間晶體的首次實驗性實現(xiàn)，推動它們進入實際應用，并有可能改變各行各業(yè)。從高效光放大器和先進傳感器到創(chuàng)新激光技術，這項研究挑戰(zhàn)了我們?nèi)绾慰刂乒馕镔|相互作用的界限"。 /4c\K-Z;
這項研究發(fā)表在《自然·光子學》（Nature Photonics）雜志上。 {k>Ca
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這項工作可能會導致光子時間晶體的首次實驗實現(xiàn)，將其推向實際應用并可能改變行業(yè) My<snmr2d
光子時間晶體是一類獨特的光學材料。與具有空間重復結構的傳統(tǒng)晶體不同，光子時間晶體在空間上保持一致，但在時間上呈現(xiàn)周期性振蕩。這種與眾不同的特性產(chǎn)生了 “動量帶隙”，即光在晶體內(nèi)停頓，而其強度隨時間呈指數(shù)增長的不尋常狀態(tài)。 K%" 5ImM
要理解光在光子時間晶體內(nèi)相互作用的特殊性，可以想象一下光在介質中穿行的情景，這種介質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)了我們對光學的傳統(tǒng)理解。 Q 7R~{5r>W
光子時間晶體的一個潛在應用是納米傳感。 f J/e(t
Asadchy說：“想象一下，我們想檢測一種小顆粒的存在，如病毒、污染物或癌癥等疾病的生物標記物。當粒子被激發(fā)時，會發(fā)出特定波長的微量光。光子時間晶體可以捕捉這種光并自動放大，從而利用現(xiàn)有設備實現(xiàn)更高效的檢測。" .C&ktU4
長期以來，為可見光制造光子時間晶體一直是一項挑戰(zhàn)，因為需要極快地同時大振幅地改變材料特性。迄今為止，光子時間晶體最先進的實驗演示——由同一研究團隊的成員開發(fā)--僅限于更低的頻率，如微波。 CZ(/=3,3n
在最新研究成果中，該團隊通過理論模型和電磁模擬，首次提出了實現(xiàn)“真正光學”光子時間晶體的實用方法。他們預測，通過使用微小硅球陣列，以前無法實現(xiàn)的光放大所需的特殊條件終于可以在實驗室中利用已知的光學技術實現(xiàn)。 t"k*PA
該團隊由來自阿爾托大學、東芬蘭大學、卡爾斯魯厄理工學院和哈爾濱工程大學的研究人員組成。 0o+6Q8q
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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41566-024-01563-3
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