美科學(xué)家催生用更低能量就能驅(qū)動的光學(xué)芯片

　　在傳統(tǒng)光學(xué)二極體中，從某個(gè)方向輸入的光線會被傳導(dǎo)出去，而從另一個(gè)方向輸入的光線則會被攔截;華盛頓大學(xué)研究人員開發(fā)的新一代光學(xué)二極體，則是利用宇稱(parity time symmetric)性微諧振器所制作，當(dāng)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平衡，我們相信這個(gè)發(fā)現(xiàn)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(fù)責(zé)監(jiān)督此研究的華盛頓大學(xué)實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)Lan Yang表示：「以宇稱性(parity time symmetry，PT symmetry)方式來耦合所謂的損、益元件，能催生像是隱形裝置、消耗更少電力的更強(qiáng)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(tuán)隊(duì)研究生Bo Peng表示：「目前我們以二氧化矽(silica)來打造新一代光學(xué)二極體，這種材料在電信通訊波長中的耗損很小;這種技術(shù)概念也可以擴(kuò)展至采用其他材料制作的諧振器，以實(shí)現(xiàn)更佳的CMOS制程相容性?！?/p>

　　用一個(gè)比喻來形容，這種元件的運(yùn)作原理與英國圣保羅大教堂(St. Paul"s Cathedral)的耳語廊(Whispering Gallery)有點(diǎn)類似──當(dāng)有人在走廊的某一端小聲講話，另外一端的人能清楚聽到，但站在發(fā)聲端附近的反而聽不見。

　　在理論上，這種元件是比較有問題的;它是利用物理學(xué)的宇稱概念，也就是一個(gè)封閉空間中的能量可能不等于內(nèi)部實(shí)際粒子內(nèi)能量的實(shí)際與潛在能量。(編按：更多關(guān)于宇稱概念的解釋請參考原文后半段的解釋，或請教維基百科與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(dāng)某個(gè)諧振器的增益等同于另外一個(gè)的耗損，系統(tǒng)的宇稱就會被打破;華盛頓大學(xué)的論文指出：「此時(shí)系統(tǒng)即使在非常弱的輸入電力之下，也會呈現(xiàn)強(qiáng)勁的非線性行為──輸入光線的增益強(qiáng)度會呈現(xiàn)非常陡峭的直線斜率，也就是光線只會由單一個(gè)方向傳導(dǎo)?！?/p>

　　此時(shí)一個(gè)明顯的結(jié)果是，發(fā)出自元件的光束強(qiáng)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(Time reversal symmetry)是一個(gè)基礎(chǔ)物理原則，指的是如果光線會沿著單一方向傳導(dǎo)出去，那一定也能從另一端傳導(dǎo)回來;但在新的光學(xué)二極體內(nèi)，這個(gè)原則就不成立了?！?/p>

　　Ozdemir指出，工程師傳統(tǒng)是以磁光學(xué)(magneto-optics)或是高磁場來打破時(shí)間反演對稱，但華盛頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)是透過打破宇稱(宇稱不守恒)所產(chǎn)生的強(qiáng)勁非線性來達(dá)成;當(dāng)輸入功率只有1mW時(shí)，能讓單一方向的光線傳輸強(qiáng)度提高十七倍，但沒有從另一端過來的光線傳輸;而如果不使用宇稱概念搭配諧振器的結(jié)構(gòu)，不可能達(dá)到這樣的結(jié)果。