厲害了我的光！利用時空邊界改變光的顏色

韓國高等科學技術研究院（KAIST）團隊開發了一種利用時空邊界改變光的顏色(頻率)的光學技術。本研究的重點在於通過在半導體表面上製作薄金屬結構，實現比以往研究結果更高自由度的時空邊界。這種時空邊界可望適用於能夠改變光的顏色的超薄膜型光學器件。光學變頻裝置在精密測量和通信技術中起著關鍵作用，主要是基於光學非線性的變頻裝置。如果光強很大，光學介質的響應是非線性的，因此可以觀察到倍頻或混頻等非線性光學現象。這種光學非線性現象通常是通過高強度激光與非線性介質的相互作用來實現。作為一種替代方法，頻率轉換是通過使用外部刺激對光通過的介質的光學性質進行臨時修改來觀察的。由於這種變頻方式即使在弱光下也能觀察到，因此這種技術在通信技術中特別有用。

博科園-科學科普：然而利用外部刺激對介質進行快速的光學性質改性以及後續的光頻轉換技術，目前僅在pertubative體制下進行研究，這些理論成果在實際應用中難以實現。為了實現這一概念，機械工程系的Bumki Min教授和他的團隊與機械工程系的Wonju Jeon教授和物理系的Fabian Rotermund教授合作。他們發明了一種人造光學材料(超材料)，通過安排一種模擬原子結構的金屬微觀結構，並通過突然改變人造材料的光學性質，成功地創建了時空邊界。以往的研究僅對介質折射率進行了微小的修正，而本研究提供了一個時空邊界，作為自由設計和改變介質光譜性質的平台。利用這一點，研究小組開發了一種可以在很大程度上控制光頻率的裝置。

圖1所示，光利用時空邊界的頻率轉換過程。圖片：The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

研究小組表示，以前的研究只是在概念上考慮了時空邊界，並在持續狀態下實現了這一邊界，現在已經發展成為一個可以實現和應用的步驟。光的頻率轉換變得可設計和可預測，因此我們的研究可以應用於許多光學應用。本研究將為光學領域的時變介質研究項目提供一個新的方向。KAIST團隊開發了一種利用時空邊界改變光的顏色(頻率)的光學技術。本研究的重點在於通過在半導體表面上製作薄金屬結構，實現比以往研究結果更高自由度的時空邊界。這種時空邊界可望適用於能夠改變光的顏色的超薄膜型光學器件。光學變頻裝置在精密測量和通信技術中起著關鍵作用，主要是基於光學非線性的變頻裝置。

如果光強很大，光學介質的響應是非線性，因此可以觀察到倍頻或混頻等非線性光學現象。這種光學非線性現象通常是通過高強度激光與非線性介質的相互作用來實現。作為一種替代方法，頻率轉換是通過使用外部刺激對光通過的介質的光學性質進行臨時修改來觀察。由於這種變頻方式即使在弱光下也能觀察到，因此這種技術在通信技術中特別有用。然而利用外部刺激對介質進行快速的光學性質改性以及後續的光頻轉換技術，目前僅在pertubative體制下進行研究，這些理論成果在實際應用中難以實現。為了實現這一概念，機械工程系的Bumki Min教授和他的團隊與機械工程系Wonju Jeon教授和物理系的Fabian Rotermund教授合作。

圖2.光在轉換頻率上隨時空邊界變化的復振幅，圖片：The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

他們發明了一種人造光學材料(超材料)，通過安排一種模擬原子結構的金屬微觀結構，並通過突然改變人造材料的光學性質，成功地創建了時空邊界。以往的研究僅對介質折射率進行了微小的修正，而本研究提供了一個時空邊界，作為自由設計和改變介質光譜性質的平台。利用這一點，研究小組開發了一種可以在很大程度上控制光頻率的裝置。研究小組表示，以前的研究只是在概念上考慮了時空邊界，並在持續狀態下實現了這一邊界，現在已經發展成為一個可以實現和應用的步驟。光的頻率轉換變得可設計和可預測，因此我們的研究可以應用於許多光學應用，本研究將為光學領域的時變介質研究項目提供一個新的方向。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature Photonics》

研究/來自：韓國高等科學技術研究院（KAIST）

DOI: 10.1038/s41566-018-0259-4

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