当光穿过材料时，材料原子的空间排列会使光发生反射、折射、色散或扩散。来自英国赫瑞瓦特大学、普渡大学和美国鲍登研究中心的研究人员已经证明了使用称为透明导电氧化物（TCO）的纳米材料对光进行时间操纵。

当光穿过材料时，材料原子的空间排列会使光发生反射、折射、色散或扩散。

来自英国赫瑞瓦特大学、普渡大学和美国鲍登研究中心的研究人员展示了利用一种名为透明导电氧化物（TCO）的纳米材料对光进行时间操纵。

TCO是玻璃状材料，具有光学透明度（在可见光谱中）和导电性。这使得它们适用于太阳能电池板和触摸屏显示器等应用。

为了引入时变特性，研究人员设计了一种TCO材料，它可以在短短6飞秒（6千万亿分之一秒）内以令人难以置信的速度改变其光学特性。

这种速度是至关重要的，这在传统材料中是看不到的，因为传统材料的变化速度不够快，无法显示出时变效果。

时变媒体

研究人员提出了一种设置，当光脉冲通过TCO时，他们可以改变TCO的光学特性。

这意味着光脉冲的一部分经历了一组材料特性，而同一光脉冲的另一部分（仅仅几飞秒之后）经历了完全不同的特性。

这种现象被称为时间折射，它导致光脉冲的速度和频率随着它的移动而不断变化。这与空间折射不同，在空间折射中，光脉冲的速度和方向在两种材料的界面上发生了变化。

换句话说，经过时间折射的单个光脉冲可以具有不同的波长或频率。这是通过超快的光脉冲来实现的，它可以同时控制光子或光粒子的方向和能量。

光不仅改变频率而且发生分裂的现象称为空间光谱光裂变。

分裂光

研究人员使用几纳米厚的铝锌氧化物薄膜来制造TCO材料，这比大多数灰尘颗粒要小得多。

他们的实验使用了两台激光器。第一个激光帮助他们通过改变材料的折射率来塑造TCO对光的反应。这个过程是实时发生的。

第二个激光器释放被操纵的光脉冲。

为了帮助他们设计实验装置并了解两个激光器应该如何操作，研究人员开发了一个数学模型来解释光的空间和时间折射。

该模型在确定两个光脉冲的时间以及它们如何与材料相互作用方面也发挥了至关重要的作用。

在定时完美的情况下，第二脉冲的前段在材料的折射率增大时经历材料，后段在材料的折射率减小时经历材料。

研究人员证明，光脉冲可以一分为二，每个脉冲的能量是原脉冲的一半，并向不同的方向移动。

此外，他们观察到透射率增加了300%，表明材料变得更加透明，能量损失最小。

光学的新时代

赫瑞瓦特大学的合著者Marcello Ferrera博士在一份新闻稿中说：“这种新型时变介质是几十年来向完美的光学可控材料迈进的最大飞跃，它使世界各地的科学家都急于尝试的各种新颖而令人兴奋的效果成为可能。”

非线性光学的这个新时代有可能影响几个领域，从量子计算和通信系统到人工智能和时间晶体。

研究人员认为，他们的工作可以支持未来的技术，如完全沉浸式3D体验，并将巨大的计算需求降低几个数量级。

这项研究发表在《自然光子学》杂志上。

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