二维光子时刻晶体增强光波的示意图。图片来源：芬兰阿尔托大学

科技日报记者 张佳欣

芬兰阿尔托大学、德国卡尔斯鲁厄理工学院和美国斯坦福大学的研究团队开辟出一种制造光子时刻晶体的办法，并表明这些奇妙的人造材料可放大照射在它们身上的光。新发现发表在5日《科学发展》杂志上，或引领更高效、更强大的无线通信，并显著改进激光器。

时刻晶体最早是由诺贝尔奖得主弗兰克·威尔切克于2012年提出的。人们熟悉的一般水晶具有在空间中重复的结构模式，但在时刻晶体中，这种模式却在时刻中重复。去年，阿尔托大学低温实验室的研究人员差不多制造了成对的时刻晶体。

此次，新研究团队创造了光子时刻晶体，这是基于时刻的光学材料版本。研究人员制造了在微波频率下工作的光子时刻晶体，他们证明这种晶体可放大电磁波。这种能力在各种技术中都有潜在的应用，包括无线通信、集成电路和激光。

到目前为止，对光子时刻晶体的研究要紧集中在块状材料上，也算是三维结构。团队此次尝试了一种新办法，构建一种被称为超构表面的二维光子时刻晶体。这种新的办法使研究人员可以创造出光子时刻晶体，并经过实验验证了对于其行为的理论预测。

研究人员表示，这是第一次证明光子时刻晶体可高增益地放大入射光。在光子时刻晶体中，光子以随时刻重复的模式排列。这意味着晶体中的光子是同步且相干的，这可能会导致光的相长干涉和放大。光子的周期性排列意味着它们也能以促进放大的方式相互作用。

二维光子时刻晶体具有广泛的潜在应用前景。经过放大电磁波，它们能够使无线发射器和接收器更强大或更高效。在表面涂覆2D光子时刻晶体也有助于解决信号衰减咨询题，这是无线传输中的一个重要咨询题。

光子时刻晶体还可经过消除激光腔中通常使用的大块反射镜来简化激光器设计。此外，将二维光子时刻晶体集成到电路系统中，可放大表面波，提高通信效率。

来源：中国科技网