光子晶体平板的辐射品质因数与波矢量的函数关系图。在五个位置上，此因子一直存在无穷大，对应于连续谱中称为结合态的麦克斯韦方程组的特殊解。这些状态有足够的能量逃逸到无穷大，但在空间上保持局部。
麻省理工学院的一项新发表的研究揭示了造成光捕获的机制，表明这种被捕获的状态比想象的要稳定得多。
麻省理工学院的研究人员去年成功地创造了一种可以捕获光线并阻止光线进入其轨道的材料，现在已经对该过程有了更基本的了解。这项新工作可以帮助解释一些基本的物理机制，它揭示了这种行为与许多其他看似无关的现象有关。
麻省理工学院物理学教授马林·索利亚奇（MarinSoljačić）合着的《物理评论快报》（Physical Review Letters）的一篇论文中报道了这一发现。博士后薄波，徐家伟和陆玲；耶鲁大学应用物理学教授道格拉斯·斯通（Douglas Stone）。
通常只能用镜子或特殊材料（例如光子晶体）限制光。这两种方法都可以阻挡光束。去年的发现证明了一种新方法，其中的波可以抵消它们自己的辐射场。这项新的工作表明，这种捕光过程涉及扭曲光的偏振方向，它是基于一种涡旋-从龙卷风到下水从下水道流下来的所有现象背后都存在这种现象。
这项新的分析除了揭示造成光线捕获的机制外，还表明这种被捕获的状态比以前想象的要稳定得多，从而更易于产生并且更难以干扰。
甄说：“人们认为这种[被困状态]非常微妙，几乎是不可能实现的。但事实证明，它可以强大的方式存在。”
在大多数自然光中，偏振方向（可以认为是光波振动的方向）保持固定。这就是使偏光太阳镜能够工作的原理：从表面反射的光在一个方向上有选择地偏振。然后可以通过与之成直角的偏振滤光片来阻挡反射光。
但对于这些捕获光的晶体，进入材料的光会以形成涡旋的方式偏振，偏振的方向会根据光束的方向而变化。
由于在该涡旋中的每个点极化都不同，因此在其中心会产生奇异点（也称为拓扑缺陷），从而将光捕获在该点处。
Hsu说，这种现象使产生矢量光束成为可能，这是一种特殊的激光束，有可能产生小规模的粒子加速器。这样的设备可以使用这些矢量束来加速粒子并将它们彼此粉碎-也许允许未来的台式设备执行如今需要数英里宽的圆形隧道的各种高能实验。
Soljačić说，这一发现还可以轻松实现超分辨率成像（使用一种称为受激发射损耗显微镜的方法），并可以通过一条光纤发送更多的数据通道。
“这项工作很好地说明了人们应该对经过深入研究的物理系统如何包含丰富而未发现的现象进行研究，如果您在正确的位置进行挖掘，就会发掘出来，”南洋理工大学物理与应用物理学助理教授Yidong Chong说道。没有参与这项研究的新加坡大学。
Chong表示，令人惊讶的发现是来自经过相对深入研究的材料，这是令人惊讶的。他说：“它处理的是自1990年代以来在理论和实验上都经过广泛分析的那种光子晶体平板。”“该系统如此稀疏，再加上与拓扑现象相关的鲁棒性，这一事实应该使我们相信，这些模式将不仅是理论上的好奇心，而且可以在诸如微型激光技术之类的技术中加以利用。”
这项研究得到了美国陆军研究办公室，麻省理工学院士兵纳米技术研究所以及能源部和美国国家科学基金会的部分支持。
出版物：薄波等，“连续体中光学束缚态的拓扑性质”，物理。莱特牧师113，257401，2014年12月18日; doi：10.1103 / PhysRevLett.113.257401
研究报告的PDF副本：辐射连续体中束缚态的拓扑性质
图像：由研究人员礼貌
