新現(xiàn)象帶來(lái)新型光纖

近日麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來(lái)捕捉光線，可以帶來(lái)各種各樣的應(yīng)用。研究人員說(shuō)，該方法的應(yīng)用領(lǐng)域可能包括大尺度激光器和化學(xué)生物傳感器。許多光學(xué)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(gè)平面介質(zhì)光子晶體。光子晶體中以灰色顯示，紅色和藍(lán)色的顏色表示此被困的光的狀態(tài)的平面外的電場(chǎng)密度。——Chia Wei Hsu

　　光被局限在一個(gè)平面介質(zhì)光子晶體。光子晶體顯示淡藍(lán)色，深藍(lán)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(xué)晶體之類的高科技材料。然而近日麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來(lái)捕捉光線，可以帶來(lái)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(gè)光波的波長(zhǎng)相同，但相位相反，當(dāng)一個(gè)光波在波峰時(shí)，另一個(gè)在波谷。通過(guò)這種方法，光波相互抵消。同時(shí)其他波長(zhǎng)(顏色)的光波可以透過(guò)。

　　研究者首先通過(guò)數(shù)值模擬預(yù)言這一現(xiàn)象的存在，然后在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了這個(gè)設(shè)想。

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

　　“許多光學(xué)器件都需要這種結(jié)構(gòu)，”Solja?i?說(shuō)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(jìn)的介質(zhì)鏡，也有奇異的光學(xué)介質(zhì)。在這些情況下，光的通道全部被限制：有沒(méi)有“允許”狀態(tài)的光波繼續(xù)在其路徑上，所以它被強(qiáng)制反射。

　　然而，該方法則不同。只有特定的波長(zhǎng)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(zhǎng)的光仍然被困。——Chia Wei Hsu

　　從數(shù)學(xué)來(lái)說(shuō)，該現(xiàn)象是“嵌入式特征值”的一個(gè)實(shí)例，其中一個(gè)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(xué)家和計(jì)算機(jī)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(xué)家們對(duì)這樣的效果的存在一直有興趣，不過(guò)除了特殊對(duì)稱情況，之前沒(méi)有人在實(shí)驗(yàn)中見過(guò)這種現(xiàn)象。