近 期 據(jù) Physical Review X 報(bào) 道， 以 色 列 理 工 學(xué) 院 研 究 生Jacob Kher-Alden 在 Tal Carmon 教授的指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)了一種新型光學(xué)諧振腔，該諧振腔在共振增強(qiáng)方面打破了原先的世界紀(jì)錄。

　　諧振腔是一種捕獲波并通過(guò)將其從一個(gè)壁反射到另一個(gè)壁來(lái)增強(qiáng)或回波的設(shè)備，該過(guò)程稱(chēng)為共振增強(qiáng)。如今，世界各地有各種各樣復(fù)雜而精密的諧振腔，以及廣泛使用的簡(jiǎn)單諧振腔。事實(shí)上，諧振腔是光學(xué)中最重要的器件之一。“它是光學(xué)的晶體管，”Carmon 教授解釋說(shuō)。

　　一般而言，諧振腔至少需要兩塊反射鏡才能使反射光倍增。但實(shí)際上，諧振腔內(nèi)可以容納兩塊以上的鏡子。例如使用三塊反射鏡以三角形反射光，用四塊反射鏡以四邊形反射光，也可以將許多反射鏡布置在一個(gè)幾乎圓形的形狀，以便光循環(huán)。在從物理學(xué)到工程學(xué)應(yīng)用中，問(wèn)題出現(xiàn)了，如何產(chǎn)生一個(gè)共振器，盡可能接近一個(gè)干凈光滑的球體，并為最佳共振提供最大的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。這是一個(gè)挑戰(zhàn)，已經(jīng)吸引了許多研究小組參與其中并取得了成果，其中包括一個(gè)球形或環(huán)形的微小玻璃諧振腔，它被固定在一條狹窄的光纖旁邊。2 年前，Carmon 教授在《自然》雜志上已經(jīng)提出。

　　在這里仍有改進(jìn)的空間，因?yàn)榧词构潭ㄇ蝮w的莖桿也會(huì)在其球體形狀中產(chǎn)生變形。因此，研究人員就產(chǎn)生了沒(méi)有任何實(shí)物支撐的浮動(dòng)諧振腔的想法。世界上第一個(gè)微諧振腔是由 2018 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主 Arthur Ashkin 在 1970 年代演示的，當(dāng)時(shí)他展示了一個(gè)浮動(dòng)諧振腔。盡管取得了成果，但研究很快沒(méi)有持續(xù)下去?，F(xiàn)在受 Arthur Ashkin 開(kāi)創(chuàng)性工作的啟發(fā)，新的浮動(dòng)諧振腔顯示了 1000 萬(wàn)次光循環(huán)的共振增強(qiáng)，相比之下，最初的諧振腔只有 300 次光循環(huán)。

　　在由反射率高達(dá) 99.9999% 的鏡面組成的諧振腔中，光會(huì)旋轉(zhuǎn)大約一百萬(wàn)圈。Carmon 教授表示：“如果我們使用一瓦功率的光，類(lèi)似于手機(jī)上的閃光燈的光，并且允許它在這些鏡子之間來(lái)回旋轉(zhuǎn)，那么光功率將被放大，約為一百萬(wàn)瓦。例如，我們可以利用高光輸出來(lái)激發(fā)鏡子之間區(qū)域的各種光物質(zhì)。”

　　實(shí)際上，一百萬(wàn)瓦是由在物質(zhì)中來(lái)回傳播的同一光粒子構(gòu)成的，但物質(zhì)并不“知道”在物質(zhì)中反復(fù)移動(dòng)的是同一光粒子，因?yàn)楣庾邮请y以區(qū)分的。它只會(huì)“感覺(jué)”到強(qiáng)大的力量。在這種類(lèi)型的裝置中，百萬(wàn)瓦特穿過(guò)多小的橫截面面積至關(guān)重 要。 事 實(shí) 上， 由 KherAlden 開(kāi)發(fā)的裝置可以進(jìn)行 1000 萬(wàn)次循環(huán)，其中的光線會(huì)聚在比頭發(fā)橫截面小 1 萬(wàn)倍的光束區(qū)域 上。 通 過(guò) 這 種 方 式，Kher-Alden 在光的共振增強(qiáng)方面取得了世界紀(jì)錄。據(jù)悉，以色列理工學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)的諧振器，是由一小滴直徑約 20 微米的高透明液滴制成。研究人員使用了一種稱(chēng)為“光學(xué)鑷子”的技術(shù)，液滴可以利用光保持在空中。此技術(shù)用于在沒(méi)有材料支撐的情況下將液滴固定在空氣中，這可能會(huì)損壞其球形形狀或弄臟液滴。Carmon 教授說(shuō)：“這項(xiàng)新穎的光學(xué)發(fā)明，即光學(xué)鑷子在生命科學(xué)、化學(xué)、微流設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。本研究表明光學(xué)鑷子在光學(xué)工程領(lǐng)域具有巨大的潛力。”

　　液滴的微小尺寸還提高了球形完整性，因?yàn)橹亓缀醪粫?huì)使液滴變形，相對(duì)于液體界面上賦予球形的表面張力，液滴在這些尺寸上是微不足道的，而張力使液滴呈球形。在研究人員開(kāi)發(fā)的獨(dú)特系統(tǒng)中，液滴被激光束托住，接受來(lái)自另一根光纖的光，另一根光纖在通過(guò)諧振腔后也接收回光。

　　基于返回光纖的光的特性，研究人員可以知道液滴內(nèi)部發(fā)生了什么。例如研究人員可以關(guān)閉進(jìn)入諧振腔的光，并檢查光子在衰減之前在諧振腔中存活多久?；谶@些數(shù)據(jù)和光速，他們可以計(jì)算出光子在液滴中平均旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：通過(guò)約 1 微米平方的橫截面，光放大了 1000 萬(wàn)圈，增加了 1000 萬(wàn)倍。

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