Temporal Cloak without Synchronization
过去被认为只存在于童话故事中的隐身衣，无论是在空间领域还是在时间领域，都已相继转化为现实。受空间伪装的启发，时间间隔被用来隐藏时间事件。然而，在这些隐身技术中，需要一个复杂的隐身同步，这给时间隐身的实现带来了不便。本文利用时间Talbot效应，提出了一种全新的时间隐身方案和概念，通过Talbot效应引起的时间平均效应，将强度调制事件直接变为强度不可见，而无需对隐身过程进行任何同步。我们分别成功地实现了对周期信号和伪随机信号的时间掩盖。我们还发现，高阶时间Talbot效应是有益的隐身性能。此外，它是可行的恢复数据的强度掩盖的波形。该方法和概念为时间隐身开辟了新的前景，将时间隐身扩展到脉冲波，促进了保密通信的发展。
2018-12-05 physics.optics
Autofocusing Self-Imaging: The Symmetric Pearcey Talbot-like Effect
对自由空间中对称Pearcey光束的类Talbot效应进行了数值模拟和实验研究。由于类Talbot效应，SPBs具有周期性和多次自聚焦特性。同时，SPB的焦点位置和焦点时间由光束偏移因子和分布因子控制。此外，光束偏移因子也会影响类泰伯效应和泰伯周期。因此，在适当的参数设置下，可以生成多个微小的光学瓶。这一结果有助于拓宽Talbot效应的应用领域。
2021-12-19 physics.optics
Generalized Spatial Talbot Effect based on All-dielectric Metasurfaces
提出了一种广义空间Talbot效应，其中输入孔径的周期由非整数实值缩放，而不是传统Talbot效应中的仅整数因子。这是通过允许和工程的相位不连续性分布在空间中使用超表面，结合自由空间传播。由此，这种突然的相位不连续的引入使得能够实现孔径周期性的非整数缩放。提出了使用惠更斯超颖表面的具体实施方案，并使用基于傅立叶传播的数值结果证明了其实现输入孔径周期的非整数缩放的操作。
2016-05-11 physics.optics
Observation of electromagnetically induced Talbot effect in an atomic system
实验证明了在菲涅耳近场条件下，空间强度调制探测场的重复自重构所产生的Talbot效应。通过将探测光束入射到铷原子蒸气室中的光致原子晶格（由两个耦合场干涉而建立）中，在三能级$Λ$型无多普勒原子结构中形成的电磁感应光栅（EIG）中，借助于电磁感应透明（EIT），可以获得衍射的探测光束图样。基于EEG的衍射图案在整数倍Talbot长度的平面处重复自身，这与理论预测很好地一致[Appl.Phys.Lett.，98，081108（2011）]。此外，还研究了分数EIT诱导的Talbot效应。这种实验证实的相干制备原子系统中的EIT Talbot效应可能为超冷原子和分子的无透镜和无损成像铺平了道路，并进一步展示了已建立的周期光学系统的非线性/量子束动力学特性。
2016-11-29 physics.optics
Diffraction of Bessel beams on 2D amplitude gratings -- a new branch in the Talbot effect study
本文给出了任意阶$J_l(κr)$贝塞尔光束在二维振幅光栅上衍射的解析理论。在一定条件下，主Talbot平面和分数Talbot平面中的衍射图案是环形微束的晶格，其直径取决于光栅周期、照明光束直径、Talbot平面的数目和拓扑电荷$l$。对于靠近光轴的环，后者再现照明光束的$l$。在新西伯利亚自由电子激光器的波长$λ= 141$ $μ$ m使用的光栅孔直径下至$d \approx 2λ$，以及，数值模拟进行的实验，以及支持的理论。由于拉盖尔-高斯光束可以表示为贝塞尔光束的叠加，本文的结果可以应用于拉盖尔-高斯光束的Talbot效应的分析。
2019-08-28 physics.optics
Talbot self-imaging in $\mathcal{PT}$-symmetric complex crystals
Talbot效应是周期波在近场衍射中的自成像特性，是具有连续平移不变性的傍轴系统中的一种显著干涉现象。在晶体中，即具有离散平移不变性的系统中，自成像一直被认为是一种罕见的效应，仅限于特定的初始场分布。在这里，它表明，在一类无间隙的$\mathcal{PT}$对称复杂的晶体在对称性破缺阈值Talbot复兴可以出现几乎任何初始周期波分布，这是相称的晶格周期。一个可能的实验实现相称的泰伯自成像的光脉冲在复杂的“时间”晶体，实现在一个光色散光纤环的振幅和相位调制器，简要讨论。
2014-09-28 physics.optics quant-ph
Physical encryption and decryption for secure data transmission in optical networks leveraging the temporal Talbot effect and microwave photonics
本研究提出一种基于时间Talbot效应与微波光子学的光网络物理加解密方案，通过两段色散介质实现8 Gbit/s数据在10-200km光纤上的无差错安全传输，验证了物理层安全性并分析了性能影响因素。
2024-07-12 eess.SP physics.optics
Structured illumination fluorescence microscopy using Talbot self-imaging effect for high-throughput visualization
我们报告了一种新的扩展结构照明（SI）显微镜，利用塔尔博特自成像效应，以产生一个SI图案的视场（FOV）和分辨率不受限制的显微镜物镜的数值孔径（NA）的样品。这使得高分辨率SI图案生成（高达自由空间传播极限）跨越大FOV，这反过来又允许SI显微镜有效地适应高通量成像。我们证明了这个概念，使用一个简单的原型显微镜成像一个大的FOV（450 × 350微米）与衍射限制的荧光分辨率限制的显微镜NA为2微米。一个定制的结构化元件，设计与周期性的空间特征超出了显微镜成像物镜的衍射极限，被定位在一个整数倍的塔尔博特距离的一半远离样品。这通过Talbot自成像效应在样品平面处产生了大FOV、子衍射SI图案。然后使用常规SI超分辨率原理将整个FOV的成像分辨率提高到500 nm，大约是显微镜NA衍射极限的4倍。这种方法也应该适用于高通量的亚衍射分辨率多模成像。
2018-01-10 physics.optics
Breaking order: Talbot effect with spinodal architectures
Lund University（隆德大学）
本文理论证明并实验验证了随机旋节线结构在可见光和硬X射线波段表现出类似Talbot效应的周期性重聚焦现象，并展示了其在X射线暗场成像中连接相干与非相干光学方法的潜力。
2026-05-22 physics.optics
Generalized angle-orbital-angular-momentum Talbot effect and modulo mode sorting
本文揭示并实验演示了广义角-轨道角动量 Talbot 效应，利用角 Talbot 相位调制与环芯光纤传播实现花瓣场和 OAM 谱变换，并据此设计了理论上无串扰的模余数模式分选器，为 OAM 信息处理提供了新方法。
2024-02-22 physics.optics
Near-field diffraction of protons by a nanostructured metallic grating under external electric field: Asymmetry and sidebands in Talbot self-imaging
本文利用GFDTD-Q方法求解含时薛定谔方程，研究了均匀、空间调制和时间调制电场下质子经纳米结构金属光栅的近场衍射，发现电场微小变化会引起Talbot条纹显著偏移、畸变及边带效应，可应用于精密计量与电场传感。
2023-04-20 physics.optics quant-ph
Space-time analogy and its application to design schemes borrowed from Fourier optics for processing ultrafast optical signals
利用二元相位光栅的Talbot阵列照明器的思想，可以实现具有可变占空比的方波脉冲的产生。连续激光场通过分数Talbot长度$P/Q$的群延迟色散电路传播的二进制时间相位调制导致定义良好的方波形式脉冲序列。当为$P=1$时，脉冲$D$的占空比对于$Q=4$为$1/2$，对于$Q=3$为$1/3$，6.脉冲的最大强度分别是$D=1/2$和$1/3$的CW强度的两倍和三倍。这些脉冲可用于光纤通信中的归零激光场调制。对于$D=1/3$，发现脉冲之间的额外特征源自二进制相位调制中相位的有限上升和下降时间。作为一个好处的时空类比的类似效果预测二元相位光栅，并解释为闪烁产生的矩形相位光栅的组件的不完美的边缘。
2022-07-26 physics.optics
Full-scale Simulation of Electron Transport in Nanoporous Graphene: Probing the Talbot Effect
设计控制电子波相位相干和干涉的平台是未来量子电子学、计算或传感的基石。由连接的石墨烯纳米带组成的纳米多孔石墨烯（NPG）最近已经使用分子前体和自下而上组装来制造[Moreno等人，Science 360，199（2018）]，为控制二维材料中的电子电流开辟了一条途径。通过模拟真实尺寸的NPG样品中的电子输运，我们预测，从扫描隧道显微镜（STM）的尖端注入的电子波的行为类似于耦合波导中的光子，显示Talbot干涉图案。我们将这种效应的起源与NPG的能带结构联系起来，并进一步演示了这种模式如何被第二个STM探针映射出来。我们使原子的无参数计算超过100 nm的规模，通过开发一种新的多尺度方法，第一性原理密度泛函理论区域无缝嵌入到一个大规模的紧束缚。
2018-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Space-time wave packets
“时空”（ST）波包构成了一大类脉冲光场，这些脉冲光场在线性介质中刚性传输而没有衍射或色散，因此在没有光学非线性或波导结构的情况下是传播不变的。这样的波包表现出独特的特性，如在自由空间中的可控群速度和奇异的折射现象。这些行为的根源是支撑ST波包的一个基本特征：它们的频谱在空间和时间自由度上是不可分离的。实际上，时空结构被赋予不可微的角色散，其中每个空间频率与单个规定波长相关联。此外，从这个特定的时空结构的偏差产生新的行为，离开传播不变性以精确的方式，如加速度与任意轴向分布的群速度，可调的色散曲线，和塔尔博特效应的时空。虽然ST波包的基本概念自20世纪80年代以来就已为人所知，但直到最近才出现了快速的实验发展。这些进步是通过时空傅立叶合成的创新而实现的，从而在束流光学和超快光学的交叉点为结构光开辟了新的前沿。
2022-01-20 physics.optics
Observation of spatially structured Montgomery effect in free space
该研究首次实验观测自由空间中的空间结构化 Montgomery 效应，通过动态全息图离散径向空间频率，实现距离、光斑与周期可控的三维自成像及多种模式复现。
2025-10-17 physics.optics
Free-carrier driven spatio-temporal dynamics in amplifying silicon waveguides
本文从理论上研究了放大介质中硅波导中自由载流子诱导的连续波时空动力学。光的传播是由一个立方金-朗道方程耦合的常微分方程占自由载流子动力学。我们发现，由于自由载流子色散，连续波调制不稳定的异常和正常的色散制度和混沌产生不稳定的加速脉冲。
2014-01-20 physics.optics
Efficient detection of multidimensional single-photon time-bin superpositions
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）
本文提出利用单时间分辨光子探测器高效检测多维时间分量超位置，基于时间-频率效应，适用于光纤和集成平台的量子信息传输。
2023-08-10 physics.optics quant-ph
Effects of orbital angular momentum on few-cycle pulse shape: Coupling between the temporal and angular momentum degrees of freedom
描述了脉冲拉盖尔-高斯光束中轨道角动量与时间自由度之间的耦合。这种耦合的效果是显着增加的持续时间时，由脉冲携带的OAM是大的，并增强时空耦合的几个周期的脉冲。与这些脉冲中的空间、群速度和拓扑电荷色散等其他有害但可恢复的效应相反，OAM-时间耦合效应是不可避免的，因此在诸如基于OAM的光通信或产生携带涡流的阿秒脉冲等应用中具有影响。
2019-02-27 physics.optics
V-Waves: Spatio-temporally induced group-velocity dispersion in free space
在脉冲光场中引入精确的时空结构，可以使光场在自由传播过程中发生显著的变化。例如，“时空”（ST）波包通过灌输轴向波数和时间频率之间的一对一关系，在自由空间中以可调群速度刚性传播。在这里，我们介绍了一类新的ST波包，我们称之为V波（这样命名，因为他们的特点是V形的时空频谱），其中一个线性的时间频率和横波数（或空间频率）之间的一对一的关系。我们从实验上证实，V波在自由空间中经历反常的群速度色散，而在真空中保持群速度固定在光速。极大的群速度色散值可以很容易地实现，这是传统的光学材料或光子结构无法实现的。此外，V波是唯一的光学波包，其衍射和色散长度由于场本身的时空结构而本质上相等。这些结果对于光学信号处理和非线性光学都是有意义的。
2021-04-13 physics.optics
Flexible experimental platform for dispersion-free temporal characterization of ultrashort pulses
针对飞秒、阿秒科学中多光谱范围、多脉宽超短脉冲的精确时间表征需求，提出一种集成瞬态光栅与表面三次谐波产生频率分辨光学门、基于非共线几何的无色散、无相位匹配约束的多功能表征装置。
2023-08-28 physics.optics
Spectro-temporal shaping of seeded free-electron laser pulses
我们证明了控制和形状的种子自由电子激光（FEL）产生的极紫外（XUV）脉冲的光谱时间内容的能力。通过精确控制种子激光的线性频率啁啾，实现了对XUV光的光谱-时间特性的控制。我们的结果与现有的理论，它允许检索的时间属性（振幅和相位）的自由电子激光脉冲从测量的光谱作为一个功能的自由电子激光操作参数。此外，我们展示了第一个直接的证据，全时间相干的自由电子激光光和产生傅里叶限制脉冲的微调自由电子激光的时间相位。定制强烈的短波长脉冲的光谱-时间内容的可能性代表了在XUV到X射线光谱区域中实现高效非线性光学的第一步，并且将使得能够使用相干量子控制的方法精确操纵芯电子激发。
2015-09-10 physics.optics
Couplings between the temporal and orbital angular momentum degrees of freedom in ultrafast vortices with propagation-invariant temporal shape
在任何形式的波传播中，当非基本的、三维的波包由纯平面波叠加而成时，或者由光-物质相互作用和非线性过程自发产生时，就会出现强时空耦合。具有轨道角动量（OAM）的超短脉冲或超短涡旋提供了一个关键范例，其中可以通过分析工具精确地进行以时间-OAM耦合形式的时空耦合的分析。通过推广和统一以前报道的结果，我们表明，普遍和空间异构的时空相关性发生在传播不变的时间脉冲进行OAM。在具有高强度的区域中，脉冲持续时间具有由涡旋的拓扑荷固定的下限，并且使得持续时间必须随着拓扑荷而增加。在低强度的涡旋附近的区域，一个大的蓝移的载波振荡和他们的数量的增加被预测为强扭曲光束。我们认为，这些非常普遍的发现突出了空间和时间之间存在结构性耦合。这些结果在自由空间通信、光谱学和高次谐波产生中也有应用。
2020-03-24 physics.optics
Free-space propagation of spatio-temporal optical vortices (STOVs)
时空光学涡旋（STOVs）是一种在时空中具有光学相位环流的新型光学轨道角动量（OAM）。在以前的工作[N。Jhajj等人，Rev X 6，031037（2016）]，我们证明了STOV是一种普遍的结构，它来自于自聚焦坍缩的停滞，导致材料介质中的非线性自导向。在这里，我们演示了线性生成和传播的STOV携带脉冲在自由空间中。我们的测量和模拟表明，STOV调解的时空能量流的脉冲和维护的OAM在时空。单次振幅和相位图像的STOVs采取使用一种新的诊断，瞬态光栅单次超连续谱干涉术（TG-SSSI）。
2020-01-02 physics.optics
Pure temporal dispersion for aberration free ultrafast time-stretch applications
光子时间拉伸克服了传统数字化仪的速度限制，并能够观察在短时间尺度上发生的非重复和统计上罕见的现象。在大多数时间拉伸应用中，非常需要大的时间色散以满足远场衍射机制。然而，大部分传统的空间色散器或啁啾光纤布拉格光栅都受到其空间体积的限制，超低损耗色散光纤作为大时间色散的理想介质，可以克服这一限制，但同时也会受到三阶色散和像差的影响。本文提出了一种基于相位共轭的三阶色散补偿方案，利用累积色散和消除三阶色散，实现了带宽超过30 nm的正负3400 ps ~ 2的纯时间色散。利用这种纯粹的时间色散，消除了高达2%的时间像差;此外，傅立叶域光谱学已经实现了创纪录的15000个光学有效可分辨点，在30 nm范围内具有非退化的2 pm分辨率
2019-03-14 physics.optics
Diffraction-free space-time beams
无衍射光束自由传播而不改变形状和尺度。避免衍射扩展的单色光束需要二维横向轮廓，并且对于限于一个横向维度的轮廓没有对应的解决方案。在这里，我们证明了时间的自由度可以被利用来有效地合成一维脉冲光学片，在自由空间中自相似地传播。通过在光束的时空自由度之间引入可编程的圆锥形（双曲线、抛物线或椭圆形）光谱相关性，产生了连续的轴向不变脉冲局域光束族。这种光束的光谱轨迹是光锥与时空光谱平面相交处的降维轨迹。自相似轴向传播远非例外，它是空间和时间自由度紧密相关的场的一般特征。这些一维的“时空”光束在光学薄片显微镜、非线性光谱学和非接触测量中是有用的。
2017-07-12 physics.optics
Classification of propagation-invariant space-time wave packets in free space: Theory and experiments
在脉冲光束（或波包）的空间和时间自由度之间引入相关性可以深刻地改变其在自由空间中的传播。事实上，适当的时空谱相关性可以使波包传播不变：空间和时间轮廓沿传播轴保持不变。任何这样的波包的时空谱轨迹位于光锥与倾斜的谱超平面的交点处。我们调查（2+1）D的“时空”传播不变的光片，并确定10类分类根据其群速度的大小和符号和其空间光谱的性质-无论是物理上允许或禁止低空间频率根据其兼容性因果激发和传播。我们实验合成和表征所有10个类使用的实验策略，能够合成时空波包，将任意时空谱相关。
2019-01-22 physics.optics
Structured free-space optical fields for transverse and longitudinal control of electron matter waves
该研究将 Kapitza-Dirac 效应扩展至结构化脉冲激光，实现慢电子波包的横纵向相位与能量-动量相干控制。
2024-04-05 physics.optics quant-ph
Non-diffracting broadband incoherent space-time fields
空时波包是一种相干脉冲光束，由于其空间和时间光谱自由度之间的紧密相关性，可以实现无衍射和无色散的传输。不相干ST字段的行为，保持其相干波包对应物的时空光谱结构，而失去所有纯粹的空间或时间的相干性是已知的较少。在这里，我们表明，结构的时空谱的非相干场产生宽带非相干ST领域的衍射自由。这些场的强度分布由恒定背景顶部的狭窄空间特征组成。时空光谱工程允许控制该空间特征的宽度，将其从明亮的无衍射特征调谐到黑暗的无衍射特征，并相对于背景改变其振幅。这些结果铺平了道路的新的机会，在空间和时间的联合结构领域的光学相干性的实验研究，利用通常与超快光学技术。
2019-04-03 physics.optics
Spatial and temporal coherence properties of single free-electron laser pulses
介绍了波长为8.0 nm的汉堡自由电子激光（FLASH）的空间和时间相干特性的实验表征。测量了聚焦到约10微米× 10微米尺寸的单飞秒脉冲的双针孔衍射图案。从最相干的脉冲中确定了在水平方向上6.2微米和在垂直方向上8.7微米的横向相干长度。利用分裂延迟单元测得在相同的FLASH工作条件下产生的脉冲的相干时间为1.75fs。从我们的实验中，我们估计的FLASH光束的简并参数的顺序为$10^{10}$到$10^{11}$，这超过了该参数的值在任何其他源在相同的能量范围内的许多数量级。
2012-06-05 physics.optics
Direction-Selective Wave Freezing and Amplification at a Hyperbolic Time Interface
Xiamen University（厦门大学）；Shantou University（汕头大学）
该研究揭示双曲介质中存在互补时域效应，利用双曲时间界面可实现p偏振波的方向选择性冻结、放大等虚频动力学，无需Floquet周期性，为波调控提供新途径。
2026-08-28 physics.optics
Spatial and temporal characterization of a Bessel beam produced using a conical mirror
实验分析了用圆锥镜产生的贝塞尔光束，特别注意其超光速和无衍射特性。我们的空间特征的光束在径向和轴上的尺寸，并验证了中心峰不传播超过73厘米的传播距离。此外，我们还测量了光束在自由空间中的超光速相速度和群速度。空间和时间的测量结果与理论预测吻合良好。
2008-12-15 physics.optics
Wave-Freezing and other Phenomena in Temporal Metasurfaces driven by Nonlocal Interactions
本研究提出一种结合非局域相互作用与时域界面的新型一维、二维声子晶体时域超表面，可实现波冻结现象，还观测到时间反转波、反常时域折射等效应，采用弹簧-质量建模与有限差分计算验证结果。
2024-04-13 physics.app-ph physics.optics
Free-space spectro-temporal and spatio-temporal conversion for pulsed light
我们提出了一种将脉冲光源的每个脉冲转换为脉冲训练的装置，其中不同脉冲的强度是原始脉冲的空间或时间频谱的样本。以这种方式，可以通过跟踪单个检测器的时间响应来测量入射光的光谱。该装置基于2f腔状反射镜布置内的多次往返，其中光谱在后焦平面上扩展，其中在每次往返之后，允许光谱的一小部分逸出。该设备是无光纤的，提供了容易的波长范围可调谐性，并建立了一个原型，在近红外线达到超过10%的平均效率。我们演示了原型的联合光谱的非简并双光子源，其中一个光子是在近红外的有效测量的应用。
2016-06-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Magnetic-free terahertz nonreciprocity via temporal dissipative barriers
本文提出一种利用时间耗散势垒实现无磁太赫兹非互易性的方法，通过光激发载流子产生瞬态损耗，结合暗模式增强隔离效率，实验实现超过20分贝隔离，为小型化集成非互易器件提供新途径。
2025-08-07 physics.app-ph physics.optics
High temporal and spectral resolution of stimulated x-ray Raman signals with stochastic free-electron-laser pulses
X射线自由电子激光脉冲的混沌性质是限制光谱测量的联合时间和光谱分辨率的主要瓶颈。我们展示了如何使用随机X射线场统计，以克服这个困难的相关信号平均在独立的脉冲实现。不需要对脉冲的光谱相位进行控制，从而能够立即应用于现有的有噪声的X射线自由电子激光脉冲。受激拉曼技术提供了宽的观测带宽和高的时间-频率分辨率所需的基本分子事件的观察。利用一个模型模拟了混沌自由电子激光脉冲并计算了它们的相关特性。由此产生的联合时间/光谱分辨率为例的分子模型系统与时间相关的频率和RNA基地尿嘧啶通过一个圆锥形的交叉点。超快相干性是非绝热动力学的一个直接特征，我们解决了这个问题。所提出的随机信号访问的物理信息的细节和深度几乎是相同的相位控制脉冲所获得的。
2021-01-05 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
