美科學(xué)家催生用更低能量就能驅動(dòng)的光學(xué)芯片

　　在傳統光學(xué)二極體中，從某個(gè)方向輸入的光線(xiàn)會(huì )被傳導出去，而從另一個(gè)方向輸入的光線(xiàn)則會(huì )被攔截;華盛頓大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的新一代光學(xué)二極體，則是利用宇稱(chēng)(parity time symmetric)性微諧振器所制作，當某個(gè)諧振器的能量損失，能由另一個(gè)諧振器的能量增益來(lái)平衡，我們相信這個(gè)發(fā)現將有益于電子學(xué)、聲學(xué)、電漿子光學(xué)(plasmonics)以及超材料(meta-materials)等領(lǐng)域;」負責監督此研究的華盛頓大學(xué)實(shí)驗室總監Lan Yang表示：「以宇稱(chēng)性(parity time symmetry，PT symmetry)方式來(lái)耦合所謂的損、益元件，能催生像是隱形裝置、消耗更少電力的更強雷射，甚至是能“看”到單一顆原子的探測器等先進(jìn)技術(shù)?！?/div>

　　華盛頓大學(xué)的論文主要作者、Yang團隊研究生Bo Peng表示：「目前我們以二氧化矽(silica)來(lái)打造新一代光學(xué)二極體，這種材料在電信通訊波長(cháng)中的耗損很小;這種技術(shù)概念也可以擴展至采用其他材料制作的諧振器，以實(shí)現更佳的CMOS制程相容性?！?/p>

　　用一個(gè)比喻來(lái)形容，這種元件的運作原理與英國圣保羅大教堂(St. Paul"s Cathedral)的耳語(yǔ)廊(Whispering Gallery)有點(diǎn)類(lèi)似──當有人在走廊的某一端小聲講話(huà)，另外一端的人能清楚聽(tīng)到，但站在發(fā)聲端附近的反而聽(tīng)不見(jiàn)。

　　在理論上，這種元件是比較有問(wèn)題的;它是利用物理學(xué)的宇稱(chēng)概念，也就是一個(gè)封閉空間中的能量可能不等于內部實(shí)際粒子內能量的實(shí)際與潛在能量。(編按：更多關(guān)于宇稱(chēng)概念的解釋請參考原文后半段的解釋?zhuān)蛘埥叹S基百科與Google大神!)

　　該元件反射兩個(gè)微諧振器之間的光束，其中之一能量耗損、另一個(gè)增加，當某個(gè)諧振器的增益等同于另外一個(gè)的耗損，系統的宇稱(chēng)就會(huì )被打破;華盛頓大學(xué)的論文指出：「此時(shí)系統即使在非常弱的輸入電力之下，也會(huì )呈現強勁的非線(xiàn)性行為──輸入光線(xiàn)的增益強度會(huì )呈現非常陡峭的直線(xiàn)斜率，也就是光線(xiàn)只會(huì )由單一個(gè)方向傳導?！?/p>

　　此時(shí)一個(gè)明顯的結果是，發(fā)出自元件的光束強度比輸入該元件的能量更高;打造諧振器的研究人員Kaya Ozdemir 表示：「時(shí)間反演對稱(chēng)(Time reversal symmetry)是一個(gè)基礎物理原則，指的是如果光線(xiàn)會(huì )沿著(zhù)單一方向傳導出去，那一定也能從另一端傳導回來(lái);但在新的光學(xué)二極體內，這個(gè)原則就不成立了?！?/p>

　　Ozdemir指出，工程師傳統是以磁光學(xué)(magneto-optics)或是高磁場(chǎng)來(lái)打破時(shí)間反演對稱(chēng)，但華盛頓大學(xué)團隊是透過(guò)打破宇稱(chēng)(宇稱(chēng)不守恒)所產(chǎn)生的強勁非線(xiàn)性來(lái)達成;當輸入功率只有1mW時(shí)，能讓單一方向的光線(xiàn)傳輸強度提高十七倍，但沒(méi)有從另一端過(guò)來(lái)的光線(xiàn)傳輸;而如果不使用宇稱(chēng)概念搭配諧振器的結構，不可能達到這樣的結果。