减缓波的传播、光放大、四维(4D)超材料一直是值得探索的方向。多种方法已经被证明可以降低光速并在空间上捕获它,且已经实现了几种光放大的方法。与此同时,材料不仅在三维空间(3D),而且在时间(1D)变化,近年来引起了关注。通过在电磁波传播过程中快速改变介质的介电常数,从正值传播到无色散(即非福斯特)负值,然后再返回来保持和放大电磁波。这为控制和操纵波-物质相互作用开辟新的策略。
As shown below👇
*介电常数从正值变为负值
首先,讨论单界面空间和时间边界之间以及传统(即被动)和非福斯特媒体(作为一种具有外部来源的主动媒体)之间的异同。
存在空间边界下的入射情形
如下图所示,两个半无限介质之间的常规空间界面会产生反射波和透射波。*时变分析
当介质的介电常数在t=t1时,且上升时间远小于信号 T 的周期时,引入了时间边界。这类似于空间边界,这会产生一组两个波:一个向前传播 (FW)(即时间折射),一个向后传播 (BW)(即时间反射)。但是,在时间边界的情况下,波数保持不变。
虑将向量 D 和 B 在时间界面处的守恒作为已知边界条件来计算[1] V. Pacheco-Peña, Y. Kiasat, D. M. Solís, B. Edwards, and N. Engheta, “Holding and amplifying electromagnetic waves with temporal non-foster metastructures,” Nat Commun, vol. 16, no. 1, p. 2757, Mar. 2025, doi: 10.1038/s41467-025-57739-0.