長期保留光的方法被證明可用于研制光子計算機

　　最近，美國加利福尼亞大學（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和光散射陶瓷組成的超材料設備，能使光停住并長時間保留在光腔中。這項研究攻克了當前納米光學中一個重要難題，研究人員正在尋找捕獲光的方法，用光作光學計算線路和微型開關等設備。相關論文發表在最近的《物理評論快報B輯》上。

　　“因為電子線路相對較慢，未來的目標是造出能用光而不是電子來執行各種運算的計算機。據我們預期，光學計算機將比電子計算機的速度快3到4個數量級。”該校雅各布工程學院電學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。”

　　研究人員利用了一種叫做光連續區束縛態（BIC）的現象，這種現象最初發現于量子波力學研究的早期。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。波在腔洞壁連續地反射，只要有任何孔洞都會設法逃逸，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量指標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。據物理學家組織網12月11日（北京時間）報道，他們設計了一種超材料BIC設備，由矩形金屬波導和光散射陶瓷組成。這種BIC光腔并非限制光逃逸孔洞的大小和數量，而是能對光波產生相消干涉。雖然允許光逃逸，但經不同通道逃逸的諸多波會彼此抵消。“簡言之，BIC能提高光腔Q值。”研究人員說。

　　還有其他科學家在探索利用BIC捕獲光，但制造光腔用的材料如光子晶體相對較大，還要設計得與同波長的光成比例。坎特說，他們的這種新設備，標志著人們第一次在超材料中觀察到BIC現象，這種材料包含的腔洞更小。“如果你想在未來造出緊密的光子設備，就要能在亞波長系統中存儲光。”

　　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，使光捕獲更加穩定，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用，不止在光線路和數據存儲方面。由于這種系統能長時間保留光，就可能增強光與物質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。