通常，电磁波在不可见且不受干扰的情况下相互传播。让光束互相注意到并不是一件容易的事。通常，科学家必须诱导它们通过复杂的材料进行相互作用。现在，纽约市立大学 (CUNY)高级科学研究中心的物理学家设计了一种全新的方法，使光束相互碰撞——通过将它们及时反射到同一个镜子上。通过用光控制光，该团队还展示了其技术的光束整形能力，并可能在电信和科学测量中得到应用。
该团队早在三月份就展示了他们的时间镜技术，但现在他们已经证明，撞击同一时间镜的两个相反的光脉冲可以相互碰撞，就像巨大的物体一样。此外，研究人员可以控制发生的碰撞类型。研究人员报告说，光脉冲可以弹性碰撞，就像两个台球相互弹跳一样;无弹性，就像两块橡皮泥互相撞击并粘在一起;或者建设性地，就像两个带有弹簧加载机制的球因碰撞而绊倒，分开的速度比结合在一起的速度快。
“你可以决定系统中的总能量是减少、增加还是保持不变。”—Andrea Alù，纽约市立大学
“我们称其为光子碰撞，因为它让我们想起两个巨大物体相互碰撞时如何相互作用，”纽约市立大学杰出物理学教授、该研究的资深作者安德里亚·阿鲁 ( Andrea Alù)说。“这个时间界面的非凡之处在于，如果你选择驱动它的瞬间，你就可以决定系统中的总能量是减少、增加还是保持不变。”
为了创建时间镜，该团队使用了专门设计的超材料。规则的镜子是由两种材料之间折射率的突然变化形成的，导致光在界面处反射。类似地，时间镜是由折射率的突然变化形成的——但是是在时间上。时间反射光仍然沿相同方向传播，但向后传播——就像反向播放的录音一样。
这种超材料芯片能够为穿过它的光波创建一个时间镜，从而允许两个光波相互碰撞
研究人员利用印在芯片上的 6 米长蜿蜒传输线实现了这种时间镜。他们连接了许多开关，每隔 20 厘米在传输线和地面之间连接一个电容器，距离比光的一个波长还要近。通过打开或关闭这些电容器，它们可以最快 3 纳秒改变材料的折射率。“突然之间，波浪感觉好像处于完全不同的介质中，”阿鲁说。
他们从传输线的两端向彼此发送光脉冲，并在不同的时间点切换折射率。通过改变切换过程中两束光束的重叠程度，他们可以改变碰撞的性质——弹性、非弹性或相长碰撞。
更重要的是，通过选择其中一束光束的形状和切换时间，研究人员可以有效地重塑另一束光束以满足他们的需求。他们演示了擦除光信号的一部分并缩短脉冲。由于时间接口适用于很大的频率范围，因此该方法可用于塑造宽带光;它对于无线通信非常有用。将光形成更短脉冲的能力对于传感和测量应用也具有巨大的前景。
该团队目前正致力于将该方法扩展到可见光和红外光范围。他们预计波相互作用效应会在大范围的环境中持续存在。“原则上，人们可以使用这种技术杀死[电磁]海啸。海啸向你袭来，然后你发出波浪来抵御它，”阿卢说。“当然，你必须正确塑造它。你必须让这种转变发生，但你可以完全抑制向你袭来的波浪。”
除了在电信领域的可能应用之外，这项技术还具有许多科学前景。有节奏地多次运用时间镜，可以制造出时间晶体。该团队目前还在研究这些时间界面的潜在量子特性，以及单光子通过它们碰撞的命运。
