新現(xiàn)象帶來新型光纖

近日麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來捕捉光線，可以帶來各種各樣的應(yīng)用。研究人員說，該方法的應(yīng)用領(lǐng)域可能包括大尺度激光器和化學生物傳感器。許多光學器件都需要這種結(jié)構(gòu)，包括激光器、光伏電池、光纖。

　　光發(fā)現(xiàn)被局限在一個平面介質(zhì)光子晶體。光子晶體中以灰色顯示，紅色和藍色的顏色表示此被困的光的狀態(tài)的平面外的電場密度。——Chia Wei Hsu

　　光被局限在一個平面介質(zhì)光子晶體。光子晶體顯示淡藍色，深藍色表面的電磁能量密度，此為被約束光的狀態(tài)。——Bo Zhen

　　有許多方法可以“捕捉”光——通常使用鏡子和反射表面，或者像光學晶體之類的高科技材料。然而近日麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來捕捉光線，可以帶來各種各樣的應(yīng)用。該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》雜志上。

　　這種新方法利用光波限制光波：兩個光波的波長相同，但相位相反，當一個光波在波峰時，另一個在波谷。通過這種方法，光波相互抵消。同時其他波長(顏色)的光波可以透過。

　　研究者首先通過數(shù)值模擬預(yù)言這一現(xiàn)象的存在，然后在實驗中驗證了這個設(shè)想。

　　研究人員說，這種設(shè)計可以適用于任何類型的波：聲波，無線電波，電子(其行為用波函數(shù)描述) ，甚至是海浪。

　　“許多光學器件都需要這種結(jié)構(gòu)，”Solja?i?說道，“包括激光器、光伏電池、光纖。”限制光波的方法一般使用各種鏡子，包括傳統(tǒng)鏡子和更先進的介質(zhì)鏡，也有奇異的光學介質(zhì)。在這些情況下，光的通道全部被限制：有沒有“允許”狀態(tài)的光波繼續(xù)在其路徑上，所以它被強制反射。

　　然而，該方法則不同。只有特定的波長的光被封鎖，其他波不受影響。Solja?i? 稱，“這是限制光波的全新方法。”

　　光可以使用不同的通道逃脫的光子晶體，但由于這些通道中的波破壞性干涉，特定波長的光仍然被困。——Chia Wei Hsu

　　從數(shù)學來說，該現(xiàn)象是“嵌入式特征值”的一個實例，其中一個頻率的光被困住，而附近其他的頻率不受影響。在1929年，數(shù)學家和計算機先驅(qū)約翰·馮·諾伊曼在理論上描述了這種情況的可能性。盡管物理學家們對這樣的效果的存在一直有興趣，不過除了特殊對稱情況，之前沒有人在實驗中見過這種現(xiàn)象。