光流速度_科学家研制新型“时空波包”激光束能够以相同速度穿越不同的介质...

经典物理规则写道：光在不同介质中以不同的速度传播，且在密度较大材料中的速度会变慢。以某个经典的基础实验为例，当将勺子放入水中时，与空气不同的折射率，会让我们看到勺子“被弯折”的视觉效果。斯涅尔定律(Snell's law)指出，因为光在水中的传播速度比在空气中要慢，才会发生这种折射现象。

(来自：University of Central Florida)

然而让我们感到惊讶的是，佛罗里达中央大学的研究团队，已经研制出了一种违背经典物理学理论的新型激光束。

除了上面提到的斯涅尔折射定律，新研究还无视了光总是走最短路径的费马原理(Fermat's Principle)。

研究配图 - 1：时空波包的动态折射

研究一作 Ayman Abouraddy 表示，新型激光束具有普通激光束无法共享的独特性质，对光通信技术也有着重大的意义。

时空波包(Spacetime Wave Packets)允许光脉冲以相同的速度穿越不同介质，甚至在密度更大的材料中一反常理地加快速度。

研究配图 - 2：法向入射时空波包的折射定律验证实验

研究团队以航天器为例，当其向深度相同、但距离不同的两艘潜艇发送光编码消息时，通常信息会先抵达较近的子节点。但利用“时空波包”的特性，可让光脉冲同时“恰到好处”地抵达两个子节点。

尽管听起来与物理学的某些基础定律相矛盾，但研究团队强调称，它实际上仍遵循狭义相对论。因为这项技术并未扰乱光本身的振荡(波粒二象性)，而是对光脉冲的峰值传播速度加以控制。

研究配图 - 3：折射定律得到证实

为实现这一点，研究团队借助了一种被称作‘空间逛调制器’(Spatial Light Modulator)的设备，以在空间和时间上交织其特性。

研究合著者 Basanta Bhaduri 补充道：“时空折射(Space-time Refraction)违背了我们对费马定理的预期，但为光流和其它波动现象的塑造创造了新的机会”。

研究配图 - 4：时空波包在斜入射时的折射

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然光子学》(Fermat's Principle)期刊上。

原标题为《Anomalous refraction of optical spacetime wave packets》。

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