时间隐身的证明
莫迪·弗里德曼 亚历山德罗·法瑞斯 由斯托默 阿克瓦其和亚历山大·L·加特
该研究来自于美国的伊萨卡州康奈尔大学的应用和工程物理系。
最近的研究发现了一个非凡的能力来操纵和控制电磁场完美成像和空间等产生影响的空间隐身[1,2]。为了实现空间隐身,折射率是被操纵的流动光探针周围物体的方式在空间是“洞”创建的,它仍然是隐藏的(3-14)。或者,它也许需要斗篷一个事件的发生在一个有限的时期,从观察者的角度对于时间的想法提出了隐身材料的色散是被操纵的在时间产生一个“时间空洞”隐藏的发生探测光事件[15]。这种方法是基于加速和减缓前后部分,分别的探测器b创建像井控制事件发生的时间差距所以探测光束不以任何方式修改的事件。然后恢复到探测光束原始形式的分散的反向操作。在这里,我们现在演示实验的时间隐身应用概念时空之间的二元衍射和色散展宽[16]。我们描述时间斗篷的性能通过检测光谱的作用修正来实现,时间斗篷的打开,就能检测到事件的发生,关闭就检测不到事件。这些结果是全时空隐身的发展至关重要的一步。
一个对象或一个事件的检测通常是由测量的变化属性与对象交互的光探测器或元素参与事件。空间隐形的想法是一个探针在一个特殊的空间里被弯曲以致于防止光通过物体时散开,从而达到隐藏事件的目的。,通过使用特殊材料,这一步已经实现了,比如那些负折射率的折射或通过复杂的操纵折射率[7-9]。在类似的方式,它可能是可能的斗篷事件在时间域从观察者通过操纵一个材料的色散,一时间间隙中的探测光束创建,和发生在这一差距不修改任何事件的探测光束的时间/光谱的特性,因此仍然未被发现的[15]。这就要求差量的快速变化和最近提出的方法[15]涉及泵浦高功率水平产生了依赖强度的折射率变化较大的光学纤维的使用。然而,在这样的力量下,如受激拉曼和布里渊散射实现隐身的能力可能会限制其他光学过程。因此,我们提出一个替代方法创造条件,允许时间隐身的应用概念从时空二元性与衍射和色散[17]。
时间空间的对偶是类比衍射和色散之间产生描述光束通过色散介质中的脉冲的一维的时间传播的衍射方程之间的等价数学[17,18]。类似于一个空间的镜头,使空间的二次相位,可以实现一次透镜产生的时间二次相移[19–21]。这一次透镜可以放大,例如,放大[22]和压缩[23]信号压缩时间和具有透镜法等效。时间透镜可与电光调制器[18]或通过一个参数的非线性光学过程如四波混频(FWM)创建与啁啾的泵浦波[19,20]。在后一种情况下,波信号转换为与时间的线性频移惰波(即,一个二次相位时间)[21,22]。
创造我们的时间的隐形系统,我们实现了一个分裂的时间透镜(STL)由两个半时间透镜的[ 19 ]–23连接的提示。一个暂时的隐形装置示意图图1所示,是补充的方法提出了一个详细的描述这些分裂时间透镜。连续波(CW)的探测光束,这是用来检测一个事件,从左边的事件。分裂时间透镜的光线弯曲的时间窗口的边缘,而不是中心,之后通过媒介传播与正常组速度色散(GVD),该探针光部分时间延迟,而相邻的部分先进。色散介质后,一时间间隙中的探测光束产生了,任何事件,可能导致一个时间或光谱在此时间窗口的变化没有影响,而事件仍然未被发现的。最后,介质的反常GVD与第二个类似的分裂时间透镜闭坑,没有事件的发生,也没有镜头检测时间的存在。
时间做实验的配置示于图2。探测光束穿过第一STL,和波长的探测光之前,作为时间的函数,在STL是显示在图2(a)和图2(b),分别为。光传播通过色散元件组成的分散补偿ensating光纤(DCF),短(长)波长传播快(慢)相比,初始探测光束的波长。因此,波长分布作为时间的函数,如图2(b)成为如图2所示(C),其中的时间差距在STL的焦点了。差距是同步的,事件发生在这个差距,因此不受探针检测。探头然后在通过单模光纤。
图1。使用一对分裂时间透镜原理图(STL)的时空斗篷。STL是用来创建一个时间上的“洞”在一个探测光束,任何时间或光谱由事件引起的变化不会发生在这个洞。图为导向,探针光的水平线的描述,和在不同方向的线代表不同的波长。d表示的总的或正或负群速度色散的大小。
图2。上图:隐身在一个事件的时间使用两个分开的timelenses实验配置。分时间透镜是相同的同一光圈值,在补充方法。DCF色散补偿光纤;单模光纤-单模光纤;STL时间分裂镜。底部:探测光束的波长作为时间的函数。(a)和(b)在第一个STL之后;(c)通过DCF的传播;(D)和(E)的第二个STL之后。当两个STL的操作事件变成看不见的。
(SMF),和时间差距被关闭,如图2所示(D)。最后,第二,相同的STL恢复探针光回到它的初始波长,如图2所示(E)使探针束恢复到其初始状态,无论是事件和存在的镜头是时间未被发现的。我们注意到,在时间和镜片后的事件,我们将从系统的泵波的波分复用(WDM)。
图3显示实验数据说明时间间隙中创建一个探测光束的波长为1542 nm。该探针的波长作为时间的函数是第一个STL后显示(点),在STL的焦距DCF后(星号),和之前的第二个STL的SMF后(界)。第一个STL探头采集频率啁啾在图2(b)后。DCF高波长延迟而降低。
图3。测量波长分布作为时间的函数的在系统中的三点。点第一时间分裂镜后(STL)的波长,根据图2(b)分布;星号-在焦点后,负色散的时间差距是根据图2开(C);圈在第二次STL正色散后,间隙是闭合的和波长分配是返回到其初始状态,如图2(b)描述。
波长是上涨的,时间间隔从7.5 PS 7.5 ps的根据图2(c)。这种差距在SMF封闭,和频率啁啾返回到图2(d)。在第一和第二的STL STL我们只检测探头在其原来的波长后。
该系统显示时间的隐身能力,我们创造出一个事件,结果由于探测光束的存在下,新的频率产生一个事件。它由一个非线性的一种通过四波混频和重复频率41 kHz的探针束窄泵浦脉冲的相互作用。当斗篷下,在1569 nm的探测光束在一个短的高度非线性光纤相互作用(5 PS)在1554 nm,1539 nm处的频率成分是每24micro;因此产生的泵,该事件的签名是1539 nm的信号检测,当隐形关闭,清楚地观察到,如图4所示的虚线(蓝色)曲线。然而,当隐身是打开的,检测到的信号的振幅降低到低于检测的噪声水平,如图4所示[固体(红色)几个交互事件曲线]。
最后,我们探讨的斗篷的效率作为对STL的泵浦功率的函数通过测量检测到的事件的振幅随泵浦功率的STL的泵功率的STL的使用控制光的量在探测光束的频率移动,所以泵的功率增加,不光是在探测光束在事件发生时的时间间隔期间(见图5)。
当图4。实验结果显示信号指示的探测光束发生相互作用的检测(例如,一个事件)与短脉冲泵。事件发生时,每24micro;的隐形是关闭的(虚线)和(实线)。当隐身是打开的,该信号探测事件的幅度低于检测噪声电平指示这个事件已经隐藏。
平均功率为17 mW,检测到的信号的振幅为6.1 mV,作为泵的功率增加,检测到的振幅减小直至达到噪声水平在2.3 mV,当时间透镜的泵浦功率为37 mW。提高STL的泵的功率比这更远点的振幅增加是由于较高的泵噪声。
颞间隙可以很容易地扩大了增加色散的STL的。然而之间的泵和色散D展宽,为分散的增加,由于三阶色散效应(TOD),如果没有补偿,将防止间隙完全关闭。在我们的实验中,与泵的脉冲时间宽度在9 nm,0.4 ps啁啾,分别谱,结果在TOD限制时间间隙的宽度为110 ns时,只要泵的功率消耗增加有效探测光束完全在间隙。然而,自从托德是∆lambda;3,线性频率啁啾量是∆lambda;2 [ 16 ]比例比例,可以采用窄泵浦脉冲和引进更多的分散性增加的时间间隙。在这种情况下的局限性是受激布里渊散射这将限制光纤50千米长的时间间隙的宽度为1.25micro;
总之,我们提出时间斗篷第一次实验示范成功地隐藏了一个探测光束在时域中的事件。我们的方案是基于时空二元性,采用了双时间分裂镜。分裂时间透镜利用四波混频,分散操作是高度有效的,并可以很容易地通过
图5。检测到的事件的振幅的泵功率的分裂timelenses功能。
对于其它波长的电磁谱。我们的研究结果作为对获得一个完整的时空温度口腔隐形装置的重要一步。
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