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波諧振系統(tǒng)工作中波被限制在有限的空間區(qū)域內(nèi)。這種情況下光子（或粒子）的能量會出現(xiàn)量子效應(yīng)，波的頻率是一系列離散的值，對應(yīng)不同的諧振模式。這是諧振腔系統(tǒng)在理想條件（無損耗）下的現(xiàn)象，這時諧振模式的壽命時間是無限長，但諧振帶寬為零，即單頻振蕩。實際諧振腔系統(tǒng)往往是有損耗的，或由于內(nèi)部材料的吸收損耗，或由于與外界的能量交換，這時諧振模式的壽命時間變得有限，相應(yīng)存在一定的帶寬。諧振模式在時域和頻域上的行為，二者在數(shù)學(xué)上通過傅里葉變換相聯(lián)系，可以從數(shù)學(xué)上嚴(yán)格地證明，其時間-帶寬之積等于 2π，因此時間-帶寬極限一直以來被認(rèn)為是不可打破的。

而新的系統(tǒng)應(yīng)用了磁光材料光子晶體邊界的光子單向邊緣態(tài)實現(xiàn)了光子傳播中的非對稱性。當(dāng)同一種頻率的光子（攜帶有信息）經(jīng)過系統(tǒng)時，傳統(tǒng)系統(tǒng)還將同時將一批光子以相同頻率發(fā)射出去，而新系統(tǒng)利用控制能量以不同速率進入和離開諧振腔的方法，或者說設(shè)計進、出時間非對稱的諧振系統(tǒng)，成功打破了一百多年來限制諧振器設(shè)計的“時間帶寬極限”。

如圖所示，左右兩部分顯然是不對稱的。而且不對稱程度越高，帶寬就可以越大，太赫茲波段，傳統(tǒng)的時間-帶寬限制已經(jīng)可以提高上千倍。從理論上說，在這些（時間）不對稱系統(tǒng)中根本沒有上限，帶寬不再受制于能量的存儲時間。用這次提出的方案進行光存儲，可以比現(xiàn)有最好慢光存儲方案的性能提高 40 倍。

對中國物理學(xué)具有重要意義

這項研究由來自中國、美國、加拿大和瑞士等4個國家6所大學(xué)的9名科研人員合作完成。原在浙江大學(xué)國家光學(xué)儀器國家重點實驗室從事研究工作的沈林放老師（現(xiàn)為南昌大學(xué)空間研究院研究員）為文章的共同第一作者，浙江大學(xué)鄭曉東及南昌大學(xué)鄧曉華教授為文章共同作者。其中美、加科學(xué)家在研究技術(shù)路線方面提出了很好的創(chuàng)意，中方人員給出了具體而且非常有說服力的解決方案，該解決方案得到審稿人的贊賞。數(shù)值模擬工作由南昌大學(xué)鄧曉華團隊和浙江大學(xué)研究人員在共同努力下完成。

當(dāng)然根據(jù)共同第一作者之一的沈林放教授描述，在論文寫作部分，國外著名科學(xué)家發(fā)揮了不可替代的關(guān)鍵作用。這是中國理論物理界現(xiàn)狀的真實反映。受限于長期以來的投入，理論物理界既不像文學(xué)界在改革開放后取得驚人的進步，又不像生物學(xué)界趕上八十年代世界科研大方向轉(zhuǎn)變的順風(fēng)車。所以莫言能取得諾貝爾文學(xué)獎，屠呦呦能獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎，而中國理論物理學(xué)界能進入諾獎提名都難。

這次的成果無疑具有非常重要的實際價值，如果繼續(xù)努力很有可能出現(xiàn)新的突破，隱身衣、AR、VR都有可能成為現(xiàn)實，未來也有可能被授予諾貝爾獎。

現(xiàn)有方案證明了時間帶寬極限是可以打破的，但所使用的方法仍不容易實現(xiàn)和推廣，主要原因是目前光波段還缺乏磁光效應(yīng)足夠強的材料，這就是科學(xué)家把研究案例放在太赫茲波段的原因，但相信未來科學(xué)家會研制出光波段的強磁光新材料。由國外科學(xué)家提供的創(chuàng)意是相對不變的，實驗的繼續(xù)還有賴于新的實驗方案和實驗材料。也就是說未來這個領(lǐng)域，國內(nèi)的話語權(quán)會越來越強。沈教授也表示：“接下來我們將在方案的具體器件開發(fā)和應(yīng)用方面開展進一步研究，以便使我們在這方面的工作繼續(xù)保持領(lǐng)先地位?！?

（作者：余鵬鯤）

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