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第一千二百四十八章 光子时空晶体材料（第2页）

先塑造一维结构的‘源排列’的纳米级间隙，然后将这一工具包扩展到光中的霍普夫晶体，解锁高维编码方案、弹性通信、原子捕获策略以及新的光与物质相互作用，进而制造出多维的‘光子时空晶体’材料。

是的。

‘光子时空晶体’便是他选定的拓展材料学研发方向的领域之一，也是他现在正在着手进行的研究。

这也是相对比极端密度材料、量子简并态材料更容易实现的一种打破现有材料研发基础理论的材料。

从理论来说，这是一种介电参数在空间和时间上均呈现周期性调制的人工材料结构。

是从光子晶体材料上延伸而出，引入了时间与空间两个复杂维度设计的新方向。

相对比极端密度材料、量子简并态材料这些几乎没有多少研究的领域来说，光子时空晶体好歹还有点研究基础。

事实上，光子晶体的概念早在上个世纪八十年代末就已经有人提出来了。

最初是在光学领域由亚布隆诺维奇和约翰两位教授提出的，指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构，有时也称为pbG光子晶体结构。

由于这种结构的周期尺寸与“禁带”的中心频率对应的波长可比拟，所以这种结构在微波波段比在光波波段更容易实现。

而光子时空晶体是徐川在光子晶体理论上进一步拓展延伸开来的，它代表了光子晶体概念在时间维度的拓展，旨在实现对光、电磁波、声波等各种波形更精密和灵活的操控。

最为核心的，便是将光子晶体的二维隙带结构拓展到三维块材料结构上。

如果能够做到的话，那么这种材料能够打破了时间平移对称性，导致系统能量不再守恒。（能量可从外部调制中获取或耗散）。

其最显着的特征之一是在动量空间中形成带隙。与此相关的传递波会呈现指数增长或衰减。

这种现象涉及到物理学中一个被称作‘时间反射’的现象。

简单的来说，时间反射会产生频率的偏移。

这相对容易理解，就像从遥远星系中看到的红移，在反射之前是蓝色的光变成黄色，绿光变成红色。

比如一颗距离我们上百亿光年之外的蓝巨星，它发出的光本来是频率更短的蓝光。但这束蓝光在宇宙中传播的时候，会随着时间产生频率的偏移，等它传播了一百亿年，抵达地球的时候，光波就从波长450纳米的蓝光变成700纳米以上的红光了。

这也是为什么观测遥远的宇宙通常需要使用红外望远镜的原因。

而时间反射现象与时间晶体有关，时间晶体的原子形成的图案在时间上重复，就像普通晶体在空间中一样。

但时间反射要求介质的性质在波的两倍以上的频率下发生变化，这意味着阻止时间反射的关键障碍是相信它需要大量的能量来在材料的间隙中创建时间界面。

所以构造这种材料的核心，便是其内部的周期性结构。

理论上来说，构建光子时空晶体需要使得光在传播过程中表现出与传统材料截然不同的行为。

当光与波通过光子时空晶体时，特定频率的光和波会被禁带效应所阻挡，形成“光波带隙”。

这意味着，光子时空晶体能够限制某些频率的光与波传播，同时允许其他频率的光波顺畅通过。

这种特性为光波的控制提供了前所未有的可能性。

想象一下，当一种材料能够在能量供应十足的情况下，稳定且无限制的放大光波是一种怎样的场景？

大部分人的第一想法或许就是‘高能激光’不就无敌了么？

是的！

理论上来说，光子时空晶体就是这样一种神奇的材料的。

激光，这个神奇的光束，在医疗、工业制造、科研等众多领域都有着不可替代的作用。

在医疗领域，它可以像一把极其精细的手术刀，进行微创手术；在工业制造中，它能精准地切割、焊接各种材料。

但是传统的激光器也有自己的缺陷和问题。

比如能量转换效率不够高，就像一辆汽车油耗太大；光束质量有时候也不太理想，就像射出的箭不够笔直。

而光子时空晶体的出现，能够给激光发射器件带来了全新的突破。

它可以让激光在其中进行更高效的能量转换，就像给汽车装上了一台超级节能发动机。

而且，通过它对某个特定频率光波的精确控制，能够让光束的质量大大提升，就像把普通的箭打磨成了削铁如泥的神箭一样，直接穿透原本无法穿透的屏障。

不仅仅是激光领域它可以发挥出巨大的作用，在无线通讯、传感器等等其他领域光子时空晶体同样可以发挥巨大的作用。

比如在我们现在的生活中，无线通信就像空气一样无处不在，我们用手机聊天、上网，靠的都是它。

可是，就像道路会拥堵一样，无线信号在传输过程中也会遇到各种麻烦。有时候信号会变弱，就像跑步的人没了力气；有时候还会受到干扰，就像有人在耳边大声吵闹。

而光子时空晶体在无限通讯领域就像是给无线通信打造了一条超级高速公路一样，它能够放大电磁波，让无线发射器和接收器变得更加强大。

比如说，以前在偏远山区信号不好的地方，有了光子时空晶体的助力，手机信号可能就会像在城市里一样顺畅。

而且，在一些信号密集的地方，比如大型商场或者演唱会现场，它还能减少信号之间的相互干扰，让大家都能愉快地享受通信服务。

当然，在研发的初期想要制备出来一种能够让光子时空晶体无限放大光信号与波信号的材料几乎是不可能做到的事情。

但即便是只要在原有的，将信号与能量转换效率信号做到提升，哪怕仅仅是提升百分之一，也足够证明这条路是可以走得通的。

而这也是徐川的目的，他需要先证实你能够基于广义相对论与拓扑光子学的交叉来控制材料的晶体曲率，以制造出一种不同于现有研发方式基础的材料。

......

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