光子元件邁向實(shí)用的新突破

　　光子元件很早就出現了，但在實(shí)用過(guò)程中仍面臨很多障礙?，F在，跨過(guò)門(mén)檻的時(shí)機可能到來(lái)了。

　 據美國每日科學(xué)網(wǎng)站近日報道，美國科學(xué)家利用此前研發(fā)的“超材料”制造出一臺新的非線(xiàn)性設備，使他們操縱光子變得像用電子設備操縱流動(dòng)的電子一樣隨心所欲，光子元件取代通訊領(lǐng)域的電子元件又向前邁進(jìn)一步。

　當光穿過(guò)一個(gè)物體時(shí)，即使光可能會(huì )被反射、折射或強度有所減弱，但透出來(lái)的仍是同樣的光線(xiàn)，這就是我們所熟知的線(xiàn)性。然而，某些“非線(xiàn)性”材料會(huì )背離這個(gè)經(jīng)驗法則，光子和這種非線(xiàn)性的材料相互作用會(huì )讓光子的頻率增加一倍，波長(cháng)減少一半，新光線(xiàn)名為第二諧波，這個(gè)非線(xiàn)性的過(guò)程則為二次諧波（也被稱(chēng)為倍頻）。

　 杜克大學(xué)普拉特工程學(xué)院電子和計算機工程學(xué)研究生阿勒克.羅斯指出，在正常情況下，第二諧波的行進(jìn)方向由所用的非線(xiàn)性材料嚴格限定。之前研制出的一些非線(xiàn)性設備以及天然非線(xiàn)性材料都很難控制第二諧波的方向。

　 杜克大學(xué)的科學(xué)家們使用一種由包裹在玻璃纖維內的金屬和線(xiàn)纜組成的“超材料”（具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復合結構或復合材料）構建出了能引導第二諧波行進(jìn)方向的非線(xiàn)性設備。

　新設備大小為6英尺×8英尺，高約1英尺，由在電路板上使用的纖維玻璃材料一塊一塊并行排列而成。每塊纖維玻璃使用銅環(huán)進(jìn)行蝕刻，每個(gè)銅環(huán)有一個(gè)細小的裂縫，一個(gè)二極管橫跨其上，當光通過(guò)銅環(huán)時(shí)，會(huì )激活二極管，導致銅環(huán)失去對稱(chēng)性，從而使整個(gè)設備具有非線(xiàn)性?？茖W(xué)家們表示，這個(gè)設備能讓入射光的頻率加倍，同時(shí)也能讓入射波朝他們想要的方向反射。

　 光學(xué)設備能更快更有效地傳輸信息，比如，用光纖取代電線(xiàn)就讓通訊產(chǎn)業(yè)的面貌大為改觀(guān)，因此，科學(xué)家們希望能用光子元件取代電子元件?！昂翢o(wú)疑問(wèn)，通訊領(lǐng)域未來(lái)的弄潮兒將是光子設備，能用電子設備控制電流的方式來(lái)控制光子對此非常重要。非線(xiàn)性超材料的獨特之處在于對光的掌控能力，這一點(diǎn)在全光通訊中非常重要?！绷_斯說(shuō)。早在2006年，杜克大學(xué)團隊就首次證明，這種超材料能讓光線(xiàn)繞過(guò)物體，使物體隱形。2009年，他們又證明，該超材料能像下一代透鏡一樣工作。

　此項研究由美國空軍科研部資助，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《物理學(xué)評論快報》上。