對光和其他形式的波現(xiàn)象的操控是支撐我們現(xiàn)代世界的眾多技術的核心。傳統(tǒng)上，我們控制這些波的能力很大程度上取決于它們相互作用的材料的固有屬性。無論是透鏡的折射率、濾光片的吸收光譜，還是天線的諧振頻率，材料特性都為我們所能實現(xiàn)的目標設定了基本限制。

然而，光子學和波動物理學領域正在出現(xiàn)一個突破性的范式轉變：復頻率激勵的概念。正如最近發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究強調(diào)的那樣，這種新穎的方法通過專注于定制激勵信號本身，而不是僅僅依賴材料的修改，提供了一種從根本上新的波控制策略。通過使用在復頻率上振蕩的信號，研究人員正在解鎖對波-物質相互作用的前所未有的控制，為各個技術領域的革命性進步鋪平道路，并加深我們對波現(xiàn)象的基本理解。

要理解復頻率激勵的重要性，首先必須理解復頻率本身的性質。在物理學和工程學領域，頻率通常與波或系統(tǒng)的振蕩速率相關聯(lián)。這些頻率通常用實數(shù)表示。然而，當我們進入復數(shù)的領域時，頻率可以同時具有實部和虛部。實部保留了其傳統(tǒng)的含義，表示波的振蕩性質。另一方面，虛部引入了振蕩幅度隨時間呈指數(shù)增長或衰減的概念。正虛部表示幅度呈指數(shù)增長，類似于經(jīng)歷增益的系統(tǒng)，而負虛部則對應于幅度呈指數(shù)衰減，類似于經(jīng)歷損耗的系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的波控制方法一直與材料特性的操縱緊密相連。例如，為了實現(xiàn)特定的光學功能，研究人員通常會求助于工程設計具有定制折射率的材料，例如超材料，或者采用需要外部能量輸入以提供增益或損耗的有源元件。雖然這些方法取得了顯著的進展，但它們通常存在固有的局限性。奇異材料的制造可能具有挑戰(zhàn)性且成本高昂，而有源元件則可能引入復雜性、不穩(wěn)定性和能源效率低下等問題。

復頻率激勵為這些以材料為中心的方法提供了一種優(yōu)雅的替代方案。其核心思想是設計一個激勵信號，其幅度隨時間呈指數(shù)增長或衰減，從而有效地將增益或損耗的特性直接編碼到激勵的時域波形中。當這樣的信號與物理系統(tǒng)相互作用時，它可以以模仿特定分布的材料增益或損耗存在的方式選擇性地激發(fā)系統(tǒng)的固有諧振和反諧振。這使得研究人員能夠實現(xiàn)奇異的波響應，例如完美吸收、超分辨率成像，甚至超越傳統(tǒng)系統(tǒng)的基本無源性限制，而無需物理改變材料特性或以傳統(tǒng)方式引入有源元件。

這種范式轉變的潛在應用是廣泛且具有變革性的。以完美吸收領域為例。傳統(tǒng)上，實現(xiàn)對入射波的完全吸收需要精心設計的具有特定阻抗匹配特性的材料。復頻率激勵提供了一種通過定制激勵信號以精確匹配系統(tǒng)的響應，從而有效地捕獲所有入射能量，在傳統(tǒng)材料中實現(xiàn)完美吸收的方法。這可能會徹底改變噪聲消除、隱身技術和能量收集等領域。

另一個令人興奮的前景在于超分辨率成像領域。傳統(tǒng)光學顯微鏡受到光衍射的限制，這限制了可以實現(xiàn)的分辨率。復頻率激勵可能通過選擇性地激發(fā)物體的高空間頻率分量，有效地繞過衍射屏障并能夠可視化小于光波長的特征，從而克服這一限制。這可能對醫(yī)學診斷、材料科學和基礎生物學研究產(chǎn)生深遠的影響。

此外，復頻率激勵還提供了超越波-物質相互作用中無源性限制的有趣可能性。物理系統(tǒng)中的無源性意味著系統(tǒng)輸出的能量不能超過其接收的能量。然而，通過使用具有增長幅度的激勵，可以以受控的方式臨時存儲然后釋放能量，從而有效地將輸出放大到超過輸入。這為信號放大、無線電力傳輸，甚至量子態(tài)的操控等領域開辟了新的功能。

像安德烈亞·阿盧及其團隊這樣的研究人員的開創(chuàng)性工作在展示復頻率激勵的潛力方面發(fā)揮了重要作用。他們的初步探索已經(jīng)展示了使用這種創(chuàng)新方法實現(xiàn)可控和增強的能量存儲、超分辨率成像以及超越無源性限制的波操控。這些早期的成功為波物理學的新前沿奠定了基礎，激勵著各個學科的研究人員探索這項技術的巨大潛力。

盡管取得了顯著的進展，但在充分實現(xiàn)復頻率激勵的潛力方面仍然存在挑戰(zhàn)。主要障礙之一是將這項技術擴展到更高的頻率，尤其是在光學領域。在太赫茲或可見光頻率下生成和精確控制具有復頻率的激勵信號提出了重大的技術挑戰(zhàn)。未來的研究工作可能會側重于開發(fā)更有效和通用的方法來生成這些定制的波形，并將它們集成到現(xiàn)有的技術平臺中。

此外，探索復頻率激勵與新興平臺（如超表面、極化激元材料、光力學系統(tǒng)和拓撲絕緣體）的相互作用也具有巨大的潛力。這些系統(tǒng)通常表現(xiàn)出強的光-物質相互作用、非線性特性和獨特的拓撲特性，這些特性可以利用定制的復頻率激勵進一步加以利用和控制，從而產(chǎn)生更奇特和功能更強大的器件。