科技日報訊 （記者常麗君）最近，美國加利福尼亞大學(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，能使光停住并長時間保留在光腔中。這項研究攻克了當(dāng)前納米光學(xué)中一個重要難題，研究人員正在尋找捕獲光的方法，用光作光學(xué)計算線路和微型開關(guān)等設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《物理評論快報B輯》上。

“因為電子線路相對較慢，未來的目標(biāo)是造出能用光而不是電子來執(zhí)行各種運算的計算機。據(jù)我們預(yù)期，光學(xué)計算機將比電子計算機的速度快3到4個數(shù)量級?！痹撔Ｑ鸥鞑脊こ虒W(xué)院電學(xué)與計算機工程副教授波巴卡·坎特說，“但要做到這一點，我們必須要讓光停止，并把它存在某個腔洞里很長時間?！?/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地方停下來，要靠光腔來捕獲光，就像把聲音捕獲到一個腔洞里。波在腔洞壁連續(xù)地反射，只要有任何孔洞都會設(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（北京時間）報道，他們設(shè)計了一種超材料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彼此抵消?！昂喲灾?，BIC能提高光腔Q值?！毖芯咳藛T說。

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較大，還要設(shè)計得與同波長的光成比例?？蔡卣f，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阆朐谖磥碓斐鼍o密的光子設(shè)備，就要能在亞波長系統(tǒng)中存儲光?！?/p>

而且早期研究中只報告觀察到一個BIC，萊貝特和坎特觀察到了多個束縛態(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)存儲方面。由于這種系統(tǒng)能長時間保留光，就可能增強光與物質(zhì)之間特定的非線性相互作用，這類作用在生物傳感器、緊密太陽能電池中非常重要。