光子时间晶体将掀起光学革命

最近，一项研究揭示了折射率的振荡比现有理论所能解释的更快。发表在《纳米光子学》（Nanophotonics）杂志上的一项研究表明，通过快速调节折射率（即电磁辐射在介质中的速度与在真空中的速度之比），可以在光谱的近可见部分产生光子时间晶体（PTC）。 N8!cO[3Oh  
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研究人员制造出了近可见光谱的光子时间晶体，这可能会给光科学应用带来革命性的变化。这一突破扩大了人们以前对光子时间晶体的认识范围，以前人们只能在无线电波中看到光子时间晶体。 ~3UQ|j  
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该研究的作者认为，在光域中维持光子时间晶体的能力可能会对光科学产生深远影响，使未来真正具有颠覆性的应用成为可能。 3,>0a  
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PTC 是一种折射率随时间快速升降的材料，在时间上等同于光子晶体，其中的折射率在空间中周期性振荡，导致了珍贵矿物和昆虫翅膀的虹彩等现象。 M^MdRu  
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只有当折射率的升降与相关频率电磁波的单周期一致时，PTC 才是稳定的。 kUq=5Y `D  
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在这项新研究中，第一作者、以色列海法以色列理工学院的莫德凯-塞格夫（Mordechai Segev）与合作者、美国印第安纳州普渡大学的弗拉基米尔-沙拉耶夫（Vladimir Shalaev）和亚历山德拉-博尔塔塞娃（AlexndraBoltasseva）及其团队，发送了波长为 800 纳米的极短（5-6 飞秒）激光脉冲，穿过透明导电氧化物材料。 ICuF %  
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这引起了折射率的快速变化，使用波长稍长（近红外）的探针激光束对这种变化进行了探索。当材料的折射率恢复到正常值时，探针光束迅速红移（即波长增加），然后蓝移（波长减少）。 r^h4z`:L  
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每一次折射率变化所需的时间都微乎其微--不到10飞秒，因此也在形成稳定的PTC所需的单周期内。 ,%n\=  
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Segev说："晶体中被激发出高能量的电子一般需要十倍以上的时间才能弛豫回基态，许多研究人员认为我们在这里观察到的超快弛豫是不可能的。我们还不清楚它是如何发生的。" @*}D$}aR'V  
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论文合著者 Shalaev 进一步指出，在光域中维持 PTC 的能力（如本文所展示的）将"开启光科学的新篇章，实现真正的颠覆性应用"。然而，我们对这些可能的应用知之甚少，就像 20 世纪 60 年代的物理学家对激光可能的应用知之甚少一样。