一种新型光子时间晶体可以增强光线

研究人员已经开发出一种制造光子时间晶体的方法，他们已经证明这些奇异的人造材料可以放大照射在它们身上的光。这些发现在ScienceAdvances的一篇论文中有所描述，可能会导致更有效和更强大的无线通信，并显着改进激光器。

2012年，诺贝尔奖获得者FrankWilczek首次构想出时间晶体。我们熟悉的平凡晶体具有在空间中重复的结构模式，但在时间晶体中，这种模式却在时间中重复。虽然一些物理学家最初怀疑时间晶体是否存在，但最近的实验已经成功地创造了它们。去年，阿尔托大学低温实验室的研究人员创造了可用于量子设备的成对时间晶体。

现在，另一个团队制造了光子时间晶体，这是基于时间的光学材料。研究人员创造了在微波频率下工作的光子时间晶体，他们证明了这种晶体可以放大电磁波。这种能力在各种技术中都有潜在的应用，包括无线通信、集成电路和激光。

迄今为止，对光子时间晶体的研究主要集中在块状材料——即三维结构上。这已被证明具有巨大的挑战性，并且实验还没有通过没有实际应用的模型系统。因此，包括来自阿尔托大学、卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和斯坦福大学的研究人员在内的团队尝试了一种新方法：构建一个二维光子时间晶体，称为超表面。

“我们发现，将维度从3D结构降低到2D结构使得实施变得更加容易，这使得在现实中实现光子时间晶体成为可能，”该研究的主要作者、阿尔托大学博士生XuchenWang说。目前在KIT。

这种新方法使该团队能够制造光子时间晶体，并通过实验验证对其行为的理论预测。“我们首次证明光子时间晶体可以以高增益放大入射光，”Wang说。

“在光子时间晶体中，光子以随时间重复的模式排列。这意味着晶体中的光子是同步且相干的，这会导致光的相长干涉和放大，”Wang解释道。光子的周期性排列意味着它们也可以以促进放大的方式相互作用。

二维光子时间晶体具有一系列潜在应用。通过放大电磁波，它们可以使无线发射器和接收器更强大或更高效。Wang指出，在表面涂上二维光子时间晶体也有助于解决信号衰减问题，这是无线传输中的一个重要问题。光子时间晶体还可以通过消除通常用于激光腔的体镜来简化激光器设计。

另一个应用源于以下发现：二维光子时间晶体不仅会放大在自由空间撞击它们的电磁波，还会放大沿表面传播的电磁波。表面波用于集成电路中电子元件之间的通信。“当表面波传播时，它会遭受材料损失，并且信号强度会降低。通过将二维光子时间晶体集成到系统中，可以放大表面波，提高通信效率，”王说。

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