KAIST團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用時(shí)空邊界改變光的顏色(頻率)的光學(xué)技術(shù)。本研究的重點(diǎn)在于通過在半導(dǎo)體表面上制作薄金屬結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)比以往研究結(jié)果更高自由度的時(shí)空邊界。

這種時(shí)空邊界可望適用于能夠改變光的顏色的超薄膜型光學(xué)器件。光學(xué)變頻裝置在精密測(cè)量和通信技術(shù)中起著關(guān)鍵作用，主要是基于光學(xué)非線性的變頻裝置。如果光強(qiáng)很大，光學(xué)介質(zhì)的響應(yīng)是非線性的，因此可以觀察到倍頻或混頻等非線性光學(xué)現(xiàn)象。這種光學(xué)非線性現(xiàn)象通常是通過高強(qiáng)度激光與非線性介質(zhì)的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為一種替代方法，頻率轉(zhuǎn)換是通過使用外部刺激對(duì)光通過的介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行臨時(shí)修改來(lái)觀察的。由于這種變頻方式即使在弱光下也能觀察到，因此這種技術(shù)在通信技術(shù)中特別有用。

博科園-科學(xué)科普：然而利用外部刺激對(duì)介質(zhì)進(jìn)行快速的光學(xué)性質(zhì)改性以及后續(xù)的光頻轉(zhuǎn)換技術(shù)，目前僅在pertubative體制下進(jìn)行研究，這些理論成果在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一概念，機(jī)械工程系的Bumki Min教授和他的團(tuán)隊(duì)與機(jī)械工程系的Wonju Jeon教授和物理系的Fabian Rotermund教授合作。他們發(fā)明了一種人造光學(xué)材料(超材料)，通過安排一種模擬原子結(jié)構(gòu)的金屬微觀結(jié)構(gòu)，并通過突然改變?nèi)嗽觳牧系墓鈱W(xué)性質(zhì)，成功地創(chuàng)建了時(shí)空邊界。以往的研究?jī)H對(duì)介質(zhì)折射率進(jìn)行了微小的修正，而本研究提供了一個(gè)時(shí)空邊界，作為自由設(shè)計(jì)和改變介質(zhì)光譜性質(zhì)的平臺(tái)。利用這一點(diǎn)，研究小組開發(fā)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(shí)空邊界，并在持續(xù)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了這一邊界，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的步驟。光的頻率轉(zhuǎn)換變得可設(shè)計(jì)和可預(yù)測(cè)，因此我們的研究可以應(yīng)用于許多光學(xué)應(yīng)用。本研究將為光學(xué)領(lǐng)域的時(shí)變介質(zhì)研究項(xiàng)目提供一個(gè)新的方向。KAIST團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用時(shí)空邊界改變光的顏色(頻率)的光學(xué)技術(shù)。本研究的重點(diǎn)在于通過在半導(dǎo)體表面上制作薄金屬結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)比以往研究結(jié)果更高自由度的時(shí)空邊界。這種時(shí)空邊界可望適用于能夠改變光的顏色的超薄膜型光學(xué)器件。光學(xué)變頻裝置在精密測(cè)量和通信技術(shù)中起著關(guān)鍵作用，主要是基于光學(xué)非線性的變頻裝置。

如果光強(qiáng)很大，光學(xué)介質(zhì)的響應(yīng)是非線性，因此可以觀察到倍頻或混頻等非線性光學(xué)現(xiàn)象。這種光學(xué)非線性現(xiàn)象通常是通過高強(qiáng)度激光與非線性介質(zhì)的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為一種替代方法，頻率轉(zhuǎn)換是通過使用外部刺激對(duì)光通過的介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行臨時(shí)修改來(lái)觀察。由于這種變頻方式即使在弱光下也能觀察到，因此這種技術(shù)在通信技術(shù)中特別有用。然而利用外部刺激對(duì)介質(zhì)進(jìn)行快速的光學(xué)性質(zhì)改性以及后續(xù)的光頻轉(zhuǎn)換技術(shù)，目前僅在pertubative體制下進(jìn)行研究，這些理論成果在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一概念，機(jī)械工程系的Bumki Min教授和他的團(tuán)隊(duì)與機(jī)械工程系Wonju Jeon教授和物理系的Fabian Rotermund教授合作。

他們發(fā)明了一種人造光學(xué)材料(超材料)，通過安排一種模擬原子結(jié)構(gòu)的金屬微觀結(jié)構(gòu)，并通過突然改變?nèi)嗽觳牧系墓鈱W(xué)性質(zhì)，成功地創(chuàng)建了時(shí)空邊界。以往的研究?jī)H對(duì)介質(zhì)折射率進(jìn)行了微小的修正，而本研究提供了一個(gè)時(shí)空邊界，作為自由設(shè)計(jì)和改變介質(zhì)光譜性質(zhì)的平臺(tái)。利用這一點(diǎn)，研究小組開發(fā)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(shí)空邊界，并在持續(xù)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了這一邊界，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的步驟。光的頻率轉(zhuǎn)換變得可設(shè)計(jì)和可預(yù)測(cè)，因此我們的研究可以應(yīng)用于許多光學(xué)應(yīng)用，本研究將為光學(xué)領(lǐng)域的時(shí)變介質(zhì)研究項(xiàng)目提供一個(gè)新的方向。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn) :《Nature Photonics》

研究/來(lái)自：韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)研究院（KAIST）

DOI: 10.1038/s41566-018-0259-4

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