麻省理工利用新方法揭示光子晶体的内部特性

由麻省理工学院的研究人员开发的一种新技术，揭示了光子晶体以及其合成材料的内部细节，其特殊的光学性质是广泛研究的主题。

光子晶体是用微流控芯片类似的制备方法，制作的由数以百万计密集的在一块透明材料微小孔构成。根据微孔确切的方向、大小和这些孔的间距，这些材料可以呈现出独特的光学性质，包括“超级透镜”等，可允许放大至超出了正常的理论极限的放大倍数，而“负折射率”，是光在其中弯曲的路径恰好与通过正常透明材料相反的情况。

但要准确地了解各种颜色和不同方向的光通过光子晶体时的情况，需要经过非常复杂的计算。研究人员经常使用高度简化的方法，例如，他们可能只计算光沿一个单一的方向或一个单一频率光的行为情况。

相反，新技术使其能够了解到光子晶体全方位的信息。研究人员可以使用一个简单的实验室设置显示其信息的模式，所谓的“异频线”，即一个图形化的形式，可以很简便地进行拍照和检查，在许多情况下，不需要计算。这种方法本周发表在《科学研究进展》杂志上，这篇研究论文由麻省理工大学博士后Bo Zhen，还有最近毕业于韦尔斯利学院和麻省理工学院的Emma Regan，以及麻省理工学院的物理学教授Marin Soljacic和John Joannopoulos四人共同完成。

Zhen解释说，这项新技术的发现，是通过对研究人员注意到的一个现象的密切观察发现的，这一过程经历了许多年，但这一现象的起源目前还没有被明白的理解。当样品被激光照亮时，散射的光的模式似乎从光子材料的样品中散射出来。这种散射是令人惊奇的，因为底层的结晶结构，在这些材料中呈现出来的几乎是完美的。

“当我们试图做一个激光测量，我们总是会看到这种模式，”Zhen说。我们观察到了这个形状，但我们不知道到底发生了什么，但它确实帮助他们得到正确对齐的实验装置，因为只要激光束与晶体正确排列对齐时，散射光模式就会出现。经过仔细的分析，他们意识到，散射模式所产生的微小的缺陷，即在晶体中的孔，不是完全的圆形的形状，而是稍微从一端到另一端呈现锥形的。