新非線性設備讓光線操縱變得簡單

　　據美國每日科學網站8月1日報道，美國科學家利用此前研發的“超材料”制造出一臺新的非線性設備，使他們操縱光子變得像用電子設備操縱流動的電子一樣隨心所欲，光子元件取代通訊領域的電子元件又向前邁進一步。

　　當光穿過一個物體時，即使光可能會被反射、折射或強度有所減弱，但透出來的仍是同樣的光線，這就是我們所熟知的線性。然而，某些“非線性”材料會背離這個經驗法則，光子和這種非線性的材料相互作用會讓光子的頻率增加一倍，波長減少一半，新光線名為第二諧波，這個非線性的過程則為二次諧波（也被稱為倍頻）。

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

　　杜克大學的科學家們使用一種由包裹在玻璃纖維內的金屬和線纜組成的“超材料”（具有天然材料所不具備的超常物理性質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方向的非線性設備。

　　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進行蝕刻，每個銅環有一個細小的裂縫，一個二極管橫跨其上，當光通過銅環時，會激活二極管，導致銅環失去對稱性，從而使整個設備具有非線性。科學家們表示，這個設備能讓入射光的頻率加倍，同時也能讓入射波朝他們想要的方向反射。

　　光學設備能更快更有效地傳輸信息，比如，用光纖取代電線就讓通訊產業的面貌大為改觀，因此，科學家們希望能用光子元件取代電子元件。“毫無疑問，通訊領域未來的弄潮兒將是光子設備，能用電子設備控制電流的方式來控制光子對此非常重要。非線性超材料的獨特之處在于對光的掌控能力，這一點在全光通訊中非常重要。”羅斯說。早在2006年，杜克大學團隊就首次證明，這種超材料能讓光線繞過物體，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，相關成果發表在最新一期《物理學評論快報》上。