研究人員創(chuàng)造了一種不遵循折射定律（斯涅耳定律，Snell' law）的一種新型激光束。該發(fā)現(xiàn)在光通信與激光技術(shù)領(lǐng)域?qū)?huì)有巨大應(yīng)用。
英文原文鏈接[1]：www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200806133511.htm
該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在最近出版的Nature photonics期刊上[2]，該發(fā)現(xiàn)在光通信以及激光技術(shù)領(lǐng)域?qū)?huì)有巨大的應(yīng)用價(jià)值。來(lái)自中弗羅里達(dá)大學(xué)（University of Central Florida）的光學(xué)與光子學(xué)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)起人Ayman Abouraddy教授說(shuō)“這種新型激光光束表現(xiàn)出同普通激光光束非常獨(dú)特的光學(xué)性能?！?/em>該新型光束——時(shí)空波包，當(dāng)它們穿過(guò)不同材料發(fā)生不同尋常、非常奇特的折射現(xiàn)象。通常情況下，光通過(guò)光密（折射率大）介質(zhì)時(shí)，傳播速度都會(huì)降下來(lái)。“相反，時(shí)空波包表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，它們可以保持恒定的速度在不同的材料中傳播，甚至在光密介質(zhì)中的速度會(huì)更快”Abouraddy說(shuō)。“這樣，脈沖光可以在同一時(shí)間到達(dá)空間中的不同位點(diǎn)”。
"想象一個(gè)放在充滿水的玻璃杯中的勺子，在水的與空氣的界面處可以很清晰地看見(jiàn)勺子的彎折"，Abouraddy說(shuō)，“光在空氣與水中的速度不同，光通過(guò)水與空氣的交界面處光線就會(huì)發(fā)生彎折，這樣很明顯可以看見(jiàn)勺子的彎折，這個(gè)現(xiàn)象可以很明確地通過(guò)斯涅耳定律進(jìn)行解釋。”盡管斯涅爾定律依然在應(yīng)用，但是對(duì)于這種新型的激光光束它將不再適用。該種激光束的行為也與描述光走最短路徑的費(fèi)馬定律相矛盾。
Abouraddy說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論光通過(guò)多么不同的材料，總是存在一個(gè)時(shí)空波包可以保持不變的速度通過(guò)兩個(gè)不同材料的界面，所以，無(wú)論材料的屬性是什么，它都會(huì)“無(wú)視材料”的存在而直接通過(guò)?！?/em>對(duì)于通信，加載在該波包上的信息的傳播速度將不會(huì)受到不同傳播介質(zhì)的影響。“想象一下一個(gè)飛機(jī)想與在海底同樣深度的兩艘潛艇進(jìn)行通信，一艘可能較遠(yuǎn)，另一艘距離較近，這樣兩艘潛艇在接到信息的時(shí)間上會(huì)存在一定的延遲，”Abouraddy說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)我們可以通過(guò)調(diào)制我們的脈沖來(lái)保證它們同一時(shí)間到達(dá)兩艘潛艇，事實(shí)上，你不需要知道兩艘潛艇在什么位置，只是需要知道它們?cè)谕簧疃燃纯?。你甚至不需要知道它們的確切位置就可以保證兩艘潛艇在同一時(shí)間收到信息?！?/em>
Abouraddy的課題組利用空間光調(diào)制器去創(chuàng)造時(shí)空波包，去保證光脈沖的能量在時(shí)間與空間上不再獨(dú)立。這樣他們就可以控制脈沖光的群速度，大致來(lái)講就是控制脈沖峰傳播的速度。之前的相關(guān)工作已經(jīng)表明該課題組可以控制時(shí)空波包在光學(xué)材料中的群速度?，F(xiàn)在的工作表明他們可以控制時(shí)空波包在不同材料中的傳播速度。這個(gè)并不與狹義相對(duì)論相悖，因?yàn)樗麄儠r(shí)利用的是脈沖峰而不是光波本身的波動(dòng)。
“我們發(fā)明的新場(chǎng)是光束的新概念，”Abouraddy說(shuō)，“所以，我們利用這個(gè)新光束揭示了一些新的現(xiàn)象。我們認(rèn)識(shí)光的所有性能都是建立在它的時(shí)間與空間性能相互獨(dú)立的假設(shè)基礎(chǔ)上。所以，我們的認(rèn)識(shí)是建立在一定的假設(shè)基礎(chǔ)上的，這被認(rèn)為是自然的，但是現(xiàn)在我們需要打破這些假設(shè)，去看到它全新的性質(zhì)?！?/em>
論文的共同作者Bhaduri說(shuō)：“時(shí)空波包的傳播有悖于費(fèi)馬原理的預(yù)期而且這將提供一個(gè)控制光流動(dòng)以及其它波現(xiàn)象的新機(jī)會(huì)。”另一位共同作者Yessenov也說(shuō)：“時(shí)空波包會(huì)具有很多有趣的效應(yīng)以及豐富的應(yīng)用。”
Abouraddy表示他們接下來(lái)將會(huì)研究這種新的激光束與激光諧振腔以及光纖等器件之間的相互作用，另外將這些新的概念應(yīng)用到物質(zhì)上而不僅僅是光波。
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University of Central Florida. "New class of laser beam doesn't follow normal laws of refraction." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 August 2020.<www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200806133511.htm>. ?
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Basanta Bhaduri, Murat Yessenov, Ayman F. Abouraddy. Anomalous refraction of optical spacetime wave packets. Nature Photonics, 2020; 14 (7): 416 DOI: 10.1038/s41566-020-0645-6 ?
