新的光聚焦技术可获得高强度局域光场

荷兰原子与分子物理研究所、代尔夫特理工大学和美国康奈尔大学的研究人员开发了一种革命性光聚焦技术，可以将光束束缚在一个相当于自身波长的极小空间。该方法利用光子晶体的独特性，适用范围广，可产生极高强度的局域光场，为光子芯片、量子通信等领域带来突破。最新一期《科学进步》杂志发表了相关论文。

传统的光焦技术有固有的局限性:光学谐振器依赖于特定的波长共振，而镜头波导只适用于波长远大于波长的设备。这一次，团队采取了不同的方式，首次利用拓扑光子晶体的独特性来解决问题。

团队使用的光子晶体是由硅片制成的，上面刻有一个非常小的孔阵型。原则上，这些孔会阻止光源在硅片中的传播。然而，当两个镜像对称的晶体并排放置时，它们的边界会形成波导，光源只能沿着边界移动。这种设计的特点是光传导受到拓扑的保护，这意味着晶体中的缺陷抑制了光的透射或反射。

团队在波导的末端设置了反射“墙”，光源无法穿透。由于拓扑保护机制，入射光被“困”在界面上，形成强度极高的局域光场。他们使用独特的显微镜，通过晶体表面上方的极细针头扫描光场，可以在总宽度约为人类头发千分之一的尺度上定位光强度。

在拓扑波导的末端，团队看到光场明显放大。有趣的是，这种情况只发生在波导末端的“墙”以特定的视角放置时，这证明了光放大与向后反射的拓扑抑制有关。光放大集中在一个非常小的体积内，小到相当于光源本身的波长。这种方法的一个主要优点是宽带特性适用于各种不同的波长。

这类拓扑聚焦机制具有普遍性，理论上可以推广到声波、电子波等其他起伏方式。