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长期保留光的方法被证明

  • 发布时间:2014-12-12 01:30:52  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  科技日报讯 (记者常丽君)最近,美国加利福尼亚大学(UC)圣地亚哥分校工程师证明了一种有效捕获光的新方法,利用一种由矩形金属波导和光散射陶瓷组成的超材料设备,能使光停住并长时间保留在光腔中。这项研究攻克了当前纳米光学中一个重要难题,研究人员正在寻找捕获光的方法,用光作光学计算线路和微型开关等设备。相关论文发表在最近的《物理评论快报B辑》上。

  “因为电子线路相对较慢,未来的目标是造出能用光而不是电子来执行各种运算的计算机。据我们预期,光学计算机将比电子计算机的速度快3到4个数量级。”该校雅各布工程学院电学与计算机工程副教授波巴卡·坎特说,“但要做到这一点,我们必须要让光停止,并把它存在某个腔洞里很长时间。”

  研究人员利用了一种叫做光连续区束缚态(BIC)的现象,这种现象最初发现于量子波力学研究的早期。要让光减慢甚至在某个地方停下来,要靠光腔来捕获光,就像把声音捕获到一个腔洞里。波在腔洞壁连续地反射,只要有任何孔洞都会设法逃逸,而目前大部分的光腔都有不少漏洞。光腔保留光的能力由质量指标Q来衡量,Q值越高,泄漏的光就越少。

  坎特和博士后研究员托马斯·莱贝特围绕光泄漏问题寻找到解决方法。据物理学家组织网12月11日(北京时间)报道,他们设计了一种超材料BIC设备,由矩形金属波导和光散射陶瓷组成。这种BIC光腔并非限制光逃逸孔洞的大小和数量,而是能对光波产生相消干涉。虽然允许光逃逸,但经不同通道逃逸的诸多波会彼此抵消。“简言之,BIC能提高光腔Q值。”研究人员说。

  还有其他科学家在探索利用BIC捕获光,但制造光腔用的材料如光子晶体相对较大,还要设计得与同波长的光成比例。坎特说,他们的这种新设备,标志着人们第一次在超材料中观察到BIC现象,这种材料包含的腔洞更小。“如果你想在未来造出紧密的光子设备,就要能在亚波长系统中存储光。”

  而且早期研究中只报告观察到一个BIC,莱贝特和坎特观察到了多个束缚态,使光捕获更加稳定,不易受外界干扰。

  研究人员指出,通过BIC捕获光还有许多其他应用,不止在光线路和数据存储方面。由于这种系统能长时间保留光,就可能增强光与物质之间特定的非线性相互作用,这类作用在生物传感器、紧密太阳能电池中非常重要。

  总编辑圈点

  快,莫过如光。长久以来,光的速度是限制人们有效利用光不可逾越的因素。如果有一天,人们可以像利用电一样利用光,将会引发信息世界数量级的变化——电子回路一旦被光子回路代替,信息的传播速度将会产生令人难以置信的提升。这一切的先决条件是让光慢下来,而后加以利用。我们很高兴看到,科学家在操纵光的征途上,又向前迈了一大步。

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