通過這些數據包傳(chuan) 播的消息的速度不再受通過不同密度的不同材料傳(chuan) 播的影響。

中佛羅裏達大學的研究人員已經開發出一種新型的激光束，它不遵循長期以來關(guan) 於(yu) 光如何折射和傳(chuan) 播的原理。該發現最近發表在《自然光子學》上，可能對光通信和激光技術產(chan) 生巨大影響。

UCF光學與(yu) 光子學院的教授，該研究的主要研究者Ayman Abouraddy說：“這種新型的激光束具有普通激光束無法共享的獨特特性。”

光束被稱為(wei) 時空波包，在折射時（即穿過不同的材料時）遵循不同的規則。通常，光線進入較密的材料時會(hui) 變慢。

“相反，時空波包可以安排成以通常的方式運行，根本不改變速度，甚至在密度更大的材料中異常加快速度，” Abouraddy說。“因此，這些光脈衝(chong) 可以同時到達空間中的不同點。”

“想想裝滿水的玻璃杯中的勺子在水和空氣相遇的那個(ge) 界麵，勺子好像是被折斷了一樣。” Abouraddy說。空氣中的光速不同於(yu) 水中的光速。因此，光線穿過空氣與(yu) 水之間的表麵後彎曲成彎曲狀，因此湯匙看起來似乎彎曲了。這是斯涅爾定律所描述的一種眾(zhong) 所周知的現象。”

盡管仍然使用斯涅爾定律，但脈衝(chong) 速度的根本變化不再適用於(yu) 新的激光束，Abouraddy說。他說，這些能力與(yu) 費馬原理（Fermat's Principle）相反，費馬原理說光總是在行進，因此走的路最短。

“盡管我們(men) 發現，無論光通過的材料有多麽(me) 不同，我們(men) 始終存在一個(ge) 時空波包，它可以穿越兩(liang) 種材料的界麵而不會(hui) 改變其速度，” Abouraddy說。“因此，不管介質的屬性是什麽(me) ，它都會(hui) 穿過接口並繼續存在，就像它不在那裏一樣。”

對通信的影響將帶來革命性的變化

對於(yu) 通信，這意味著在這些數據包中傳(chuan) 播的消息的速度不再受通過不同密度的不同材料傳(chuan) 播的影響。

“如果您想到一架飛機試圖與(yu) 兩(liang) 艘潛艇在同一時間進行通信，但其中一艘很遠，而另一艘則在附近，那麽(me) 相距較遠的一架將比附近的一艘時間將會(hui) 更長。” “我們(men) 發現我們(men) 可以安排脈衝(chong) 傳(chuan) 播，使它們(men) 同時到達兩(liang) 艘潛艇。實際上，現在發送脈衝(chong) 的人甚至不需要知道潛艇在哪裏，隻要它們(men) 在同一深度即可。所有這些潛艇將同時接收脈衝(chong) ，因此您可以盲目同步它們(men) 而不需要知道它們(men) 在哪裏。”

Abouraddy的研究團隊通過使用一種稱為(wei) 空間光調製器的設備來重組時空波包，以重組光脈衝(chong) 的能量，從(cong) 而使其在空間和時間上的特性不再分離。這使他們(men) 能夠控製光脈衝(chong) 的“群速度”，大約是脈衝(chong) 峰值傳(chuan) 播的速度。

先前的工作表明，該團隊具有控製時空波包（包括光學材料）的群速度的能力。當前的研究基於(yu) 這項工作，發現它們(men) 還可以控製時空波包通過不同媒體(ti) 的速度。這與(yu) 狹義(yi) 相對論沒有任何矛盾，因為(wei) 它適用於(yu) 脈衝(chong) 峰值的傳(chuan) 播，而不適用於(yu) 光波的基本振蕩。

“我們(men) 正在開發的這個(ge) 新領域是光束的新概念，” Abouraddy說。“結果，我們(men) 研究使用這些光束的一切都揭示了新的行為(wei) 。我們(men) 所知的關(guan) 於(yu) 光的所有行為(wei) 實際上都隱含著一個(ge) 潛在的假設，即它在空間和時間上的特性是可分離的。因此，我們(men) 在光學領域所了解的就是基於(yu) 此。這是一個(ge) 內(nei) 置的假設。這被認為(wei) 是自然狀態。但是現在，打破了這一基本假設，我們(men) 開始在各處看到新的行為(wei) 。”

該研究的合著者是Basanta Bhaduri，他是UCF光學與(yu) 光子學院的首席作者，前研究科學家，現在是加利福尼亞(ya) 的布魯克納米表麵實驗室的研究員，也是該學院的博士候選人Murat Yessenov。

Bhaduri在Optics Express和Nature Photonics等期刊上閱讀了Abouraddy的研究後就對它產(chan) 生了興(xing) 趣，並於(yu) 2018年加入了教授的研究小組。並分析數據。

他說，研究結果在許多方麵都很重要，包括新的研究途徑。

“時空折射違背了我們(men) 從(cong) 費馬原理得到的期望，並為(wei) 塑造光流和其他波動現象提供了新的機會(hui) ，”巴杜裏說。

Yessenov的角色包括數據分析，推導和模擬。他說，他想通過對糾纏的更多探索而對這項工作產(chan) 生興(xing) 趣，糾纏在量子係統中是兩(liang) 個(ge) 完全分離的物體(ti) 之間仍然有聯係的時候。

Yessenov說：“我們(men) 相信，時空波包可以提供更多的功能，使用它們(men) 可以揭示更多有趣的效果。”

Abouraddy說，該研究的下一步工作包括研究這些新的激光束與(yu) 諸如激光腔和光纖之類的設備之間的相互作用，以及將這些新見解應用於(yu) 物質而非光波。