光的时空魔法！南大团队实现光束“编程”自由

南京大学 · 公众号 · · 2025-05-10 11:11

正文

请到「今天看啥」查看全文

如何在同一体系内实现时空维度的有机融合依旧是一个重大挑战 。

最近，通过将时间维度引入空间光场调控， 二维时空光束构建了一套突破传统空间结构光的新体系 ，其独特的物理性质为探索光的基本性质及光与物质相互作用提供了全新途径。然而，尽管目前已实现二维时空光束的精密调控， 建立统一理论框架以系统解析时空光束生成与演化规律 仍然是该领域亟待突破的瓶颈。

成果详情

二维时空对偶： 时空的奇妙交响

在该项研究中，研究团队首次提出 二维时空对偶理论框架 ，并开发出一种 时空复振幅调制技术 。

“时空对偶理论”是该研究的核心概念，但“时空对偶” 究竟是什么？研究组成员介绍道， “时空对偶”是一种描述空间和时间之间“镜像关系”的概念 。在光学中，光在空间和时间维度中的传播行为呈现出对称性。比如说，当用手电筒照墙时，光斑会随着距离的增加而变大，这是光在空间维度中的扩散，也叫衍射；而超短激光脉冲穿过玻璃时，脉冲的时间宽度会像橡皮筋一样被拉长，这是光在时间维度中的扩散，也叫色散。这两种看似无关的现象，其实遵循高度相似的数学规律，体现了空间和时间之间的对称性。

此前的一维时空对偶主要关注时间和空间的单一维度之间的对应关系，就像在纸上画一条线。而二维时空对偶扩展到了时间和空间联合维度的特性，相当于在纸上画出一幅图景。

二维时空对偶理论为光学研究开辟了全新视角， 它不仅揭示了时空光束和传统空间光束的对应关系，还为超短脉冲的精细调控提供了一种创新的理论框架 。基于这一理论，研究者可以 精确调控光束的时空特性 ——不仅可以保持光波在传播中形状不变，甚至还允许自由调节它的移动速度，这为光波操控提供了更为丰富的自由度。