中佛罗里达大学 信用:CC0公共领域 中佛罗里达大学的研究人员开发了一种新型激光束，这种激光束不遵循光折射和传播的长期原则
最近发表在《自然光子学》上的这项发现可能会对光通信和激光技术产生巨大的影响
“这种新型激光束具有普通激光束所不具备的独特性质，”艾曼·阿布拉迪说，他是UCF光学和光子学院的教授，也是这项研究的主要研究者
这些被称为时空波包的光束在折射时遵循不同的规则，即当它们穿过不同的材料时
通常情况下，光在进入密度更大的物质时会变慢
“相比之下，时空波包可以按照通常的方式排列，完全不改变速度，甚至在密度更大的物质中异常加速，”阿布拉迪说
“因此，这些光脉冲可以同时到达空间的不同点
" 阿布拉迪说:“想想装满水的玻璃杯里的勺子在水和空气相遇的地方看起来是如何破碎的。”
“光速在空气中不同于光速在水中
因此，光线穿过空气和水之间的表面后会弯曲，所以很明显勺子看起来是弯曲的
这是斯内尔定律描述的一个众所周知的现象
" 阿布拉迪说，虽然斯内尔定律仍然适用，但脉冲速度的潜在变化不再适用于新的激光束
他说，这些能力与费马原理相反，费马原理认为光总是以最短的路径传播
“然而，我们在这里发现，无论光穿过的材料有多不同，总有一种时空波包可以穿过这两种材料的界面，而不改变其速度，”阿布拉迪说
“因此，不管介质的属性是什么，它都会穿过界面并继续，就好像它不在那里一样
" 对于通信来说，这意味着信息在这些包中的传播速度不再受通过不同密度的不同材料的影响
阿布拉迪说:“如果你想到一架飞机试图与两艘深度相同的潜艇通信，但一艘离得很远，另一艘离得很近，那么距离较远的那艘会比距离较近的那艘延迟更长时间。”
“我们发现我们可以安排我们的脉冲传播，使它们同时到达两艘潜艇
事实上，现在发送脉冲的人甚至不需要知道潜艇在哪里，只要他们在相同的深度
所有那些潜艇都会同时接收到脉冲，所以你可以在不知道它们在哪里的情况下盲目地同步它们
" 阿布勒迪的研究小组通过使用一种被称为空间光调制器的设备来重组光脉冲的能量，从而使其在空间和时间上的属性不再分离，从而创建了时空波包
这使得他们能够控制光脉冲的“群速度”，这大致是脉冲峰值传播的速度
先前的工作已经展示了该团队控制时空波包群速度的能力，包括在光学材料中
目前的研究建立在这项工作的基础上，发现它们也可以控制时空波包通过不同介质的速度
这与狭义相对论没有任何矛盾，因为它适用于脉冲峰值的传播，而不是光波的潜在振荡
阿布拉迪说:“我们正在开发的这个新领域是光束的新概念。”
“因此，我们使用这些光束研究的一切都揭示了新的行为
我们所知道的关于光的所有行为实际上都默认了一个潜在的假设，即光在空间和时间上的属性是可分的
所以，我们对光学的所有了解都基于此
这是一个内在的假设
这被认为是事情的自然状态
但是现在，打破这个潜在的假设，我们开始看到新的行为到处都是
" 该研究的共同作者是巴桑塔·巴杜里，他是主要作者，也是UCF光学和光子学院的前研究科学家，现在加州布鲁克纳米表面公司工作，以及该学院的博士生缪拉·耶森诺夫
Bhaduri在《光学快报》和《自然光子学》等杂志上读到Abouraddy的研究后，对其产生了兴趣，并于2018年加入了教授的研究团队
在这项研究中，他帮助发展了这个概念，设计了实验，并进行测量和数据分析
他说，研究结果在许多方面都很重要，包括它开辟的新的研究途径
“时空折射违背了我们根据费马原理得出的预期，并为塑造光的流动和其他波现象提供了新的机会，”巴克杜里说
耶森诺夫的角色包括数据分析、推导和模拟
他说，他对这项工作感兴趣是因为想探索更多关于纠缠的问题，在量子系统中，纠缠是指两个分离良好的物体仍然相互关联
“我们相信时空波包可以提供更多的东西，使用它们可以展示更多有趣的效果，”耶森诺夫说
Abouraddy说，研究的下一步包括研究这些新激光束与激光腔和光纤等设备的相互作用，以及将这些新的见解应用于物质而不是光波
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