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打破“时间带宽极限”魔咒:器件新革命

发布时间:2021-03-09   来源:网络整理    
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2017年6月23日,浙江大学光电学院现代光学仪器国家重点实验室郑晓东研究员参与完成的研究成果“Breaking Lorentz reciprocity to overcome the time-bandwidth limit in physics and engineering”(打破洛伦兹互易性以摆脱数学跟安装工程中的时间码率极限)在《Science》发表。该项研究设计了一种波包进出时间非对称的移相系统,成功破除了一百多年来限制谐振器设计的“时间码率极限”。系统非对称的程度越高,超越“极限”的程度也越高。这一研究将对新型元件跟系统的发展起至深远作用。著名科学新闻网站以“A 100-year-old physics problem has been solved”为题进行报导,并引起大量关注与讨论。

据介绍,原在浙江大学国家光学仪器国家重点实验室从事研究工作的沈林放同学(现为南昌大学空间研究院研究员)为文章的共同第一作者,浙江大学郑晓东及南昌大学邓晓华博士为文章共同作者。整个团队由美国、中国、美国跟英国等6所中学的9名科研人员所组成。研究中非对称系统设计所使用的关键机制就是南昌大学跟浙江大学合作研究的磁光材料混合谐振腔/波导系统。

打破“时间带宽极限”魔咒:器件新革命带宽窄;要么码率较大,但储能时间短。在移相腔内长时间储存大数据是不或许的。因为长时间意味着带宽窄,反之亦然。这种时间码率极限规律提出以后的一百多年来,从来没有被挑战过。物理学家跟工程师仍然据此来设计跟建立光学、声学、电子移相系统(见图1)。从前沿的微纳/慢光波导、到原子/分子结构中的震动关系、所有类别的谐振腔、晶体振荡器等等被时间码率极限所限制。

打破“时间带宽极限”魔咒:器件新革命

图2非对称谐振腔/波导系统。

接下来的问题是,如何能使踏入跟离开移相系统的能量具备可以自由调节的频率,这是实现非对称系统设计的关键。论文中所使用的独家秘诀就是南昌大学跟浙江大学合作研究的磁光材料混合谐振腔/波导系统(见图2)。利用这些系统,就可以游刃有余地自由控制逆向传播电磁波的能量传播速度,在太赫兹短线,传统的时间-带宽限制早已可以减少上千倍。从理论上说浙江大带宽,在那些(时间)不对称系统中根本没有上限,带宽不再受制于能量的储存时间。

谐振系统时间码率极限的突破,将会在地理跟安装工程的诸多领域形成深远影响,潜在应用前景非常广泛,包括通讯、光侦测、能量采集跟信息储存等等。例如,人们有或许实现真正的超连续谱直流雷射,人类可以将这些目前的光源弄成方向性的光源,甚至改变目前太阳能的储能方式等等。可以预想,在不远的今后,据此原理的大量新型元件跟系统将应运而生。

该团队成功破除了移相系统“时间码率极限”这个一百多年来困惑设计人员的魔咒,为相关的多个领域开拓了新的宽广发展空间。

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