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科技日?qǐng)?bào)訊 （記者常麗君）最近，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)（UC）圣地亞哥分校工程師證明了一種有效捕獲光的新方法，利用一種由矩形金屬波導(dǎo)和光散射陶瓷組成的超材料設(shè)備，能使光停住并長(zhǎng)時(shí)間保留在光腔中。這項(xiàng)研究攻克了當(dāng)前納米光學(xué)中一個(gè)重要難題，研究人員正在尋找捕獲光的方法，用光作光學(xué)計(jì)算線路和微型開(kāi)關(guān)等設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《物理評(píng)論快報(bào)B輯》上。

“因?yàn)殡娮泳€路相對(duì)較慢，未來(lái)的目標(biāo)是造出能用光而不是電子來(lái)執(zhí)行各種運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。據(jù)我們預(yù)期，光學(xué)計(jì)算機(jī)將比電子計(jì)算機(jī)的速度快3到4個(gè)數(shù)量級(jí)。”該校雅各布工程學(xué)院電學(xué)與計(jì)算機(jī)工程副教授波巴卡·坎特說(shuō)，“但要做到這一點(diǎn)，我們必須要讓光停止，并把它存在某個(gè)腔洞里很長(zhǎng)時(shí)間?！?/p>

研究人員利用了一種叫做光連續(xù)區(qū)束縛態(tài)（BIC）的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象最初發(fā)現(xiàn)于量子波力學(xué)研究的早期。要讓光減慢甚至在某個(gè)地方停下來(lái)，要靠光腔來(lái)捕獲光，就像把聲音捕獲到一個(gè)腔洞里。波在腔洞壁連續(xù)地反射，只要有任何孔洞都會(huì)設(shè)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質(zhì)量指標(biāo)Q來(lái)衡量，Q值越高，泄漏的光就越少。

坎特和博士后研究員托馬斯·萊貝特圍繞光泄漏問(wèn)題尋找到解決方法。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)12月11日（北京時(shí)間）報(bào)道，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種超材料BIC設(shè)備，由矩形金屬波導(dǎo)和光散射陶瓷組成。這種BIC光腔并非限制光逃逸孔洞的大小和數(shù)量，而是能對(duì)光波產(chǎn)生相消干涉。雖然允許光逃逸，但經(jīng)不同通道逃逸的諸多波會(huì)彼此抵消?！昂?jiǎn)言之，BIC能提高光腔Q值?！毖芯咳藛T說(shuō)。

還有其他科學(xué)家在探索利用BIC捕獲光，但制造光腔用的材料如光子晶體相對(duì)較大，還要設(shè)計(jì)得與同波長(zhǎng)的光成比例?？蔡卣f(shuō)，他們的這種新設(shè)備，標(biāo)志著人們第一次在超材料中觀察到BIC現(xiàn)象，這種材料包含的腔洞更小?！叭绻阆朐谖磥?lái)造出緊密的光子設(shè)備，就要能在亞波長(zhǎng)系統(tǒng)中存儲(chǔ)光?！?/p>

而且早期研究中只報(bào)告觀察到一個(gè)BIC，萊貝特和坎特觀察到了多個(gè)束縛態(tài)，使光捕獲更加穩(wěn)定，不易受外界干擾。

研究人員指出，通過(guò)BIC捕獲光還有許多其他應(yīng)用，不止在光線路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面。由于這種系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間保留光，就可能增強(qiáng)光與物質(zhì)之間特定的非線性相互作用，這類作用在生物傳感器、緊密太陽(yáng)能電池中非常重要。