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標題: 雷射脈衝引發之光子時間晶體或可打開光學領域新分支大門 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2023-9-11 08:21 AM 標題: 雷射脈衝引發之光子時間晶體或可打開光學領域新分支大門

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　　當科學家發現雷射脈衝可在介質中快速引起折射率變化﹑進而在近可見光波段產生「光子時間晶體(PTC)」時﹐一條通往光學領域顛覆性新應用的大門似乎悄悄打開了。
　　科學家對光子晶體(photonic crystal)與時間晶體(time crystal)已有一定程度理解﹐兩者幾乎沒有共同之處﹐基本共通點為兩者都會隨時間推移產生結構。光子晶體是人工製造的週期性介電結構﹐由不同折射率的介質週期性排列而成﹐能阻斷特定頻率光子進而影響光子運動﹐或者說﹐我們將具有「光子頻率禁帶」的週期性介電結構稱為光子晶體﹔此外﹐自然界也有光子晶體﹐可從昆蟲翅膀或貴重礦物的閃爍看到此現象。
　　時間晶體則是一種處於最低能態的粒子重複運動組成之量子系統﹐相較於一般晶體在空間上週期性重複﹐時間晶體會在時間上週期性重複而呈現永動狀態﹐比如它們隨時間改變﹐但也會一直回到最初形態。光子時間晶體(Photonic Time Crystal﹐PTC)則是電磁特性隨時間發生較大變化的材料﹐或者代表一種特定類型時間晶體﹐其折射率隨時間快速上升﹑下降﹐且光子時間晶體類型不只一種。
　　為了保持光子時間晶體穩定﹐必須使其折射率與特定頻率的電磁波單週期保持一致上升下降﹐因此﹐迄今科學家只在電磁波譜的最低頻率端(無線電波)觀察到光子時間晶體﹐想在光學領域找到光子時間晶體具有相當挑戰性。但根據以色列理工學院科學家Mordechai Segev﹑美國普渡大學科學家Vladimir Shalaev﹑AlexndraBoltasseva等人領導的新研究﹐團隊將波長800奈米的雷射脈衝穿過透明導電氧化物(TCO)﹐發現每次折射率改變所需時間都很短(不到10飛秒)﹐構成形成穩定PTC所需的單個週期。
　　通常﹐時間晶體中被激發到高能量的電子需10倍以上時間才能回到基態﹐但這次實驗發現光的弛豫時間(折射率恢復正常所需時間)極短﹐基本上是「不可能的事情」。目前科學家都還不清楚為何發生這種情況﹐也不清楚它最終如何應用﹐但可能引發光學領域突破﹐就像1960年代的物理學家開始發現雷射光束能帶來哪些實際應用一樣﹐也許是基於雷射的高效粒子加速器﹑或具有可調角解析度的高靈敏粒子探測器﹖
　

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