光子元件很早就出現(xiàn)了，但在實用過程中仍面臨很多障礙?，F(xiàn)在，跨過門檻的時機可能到來了。

據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)站近日報道，美國科學(xué)家利用此前研發(fā)的“超材料”制造出一臺新的非線性設(shè)備，使他們操縱光子變得像用電子設(shè)備操縱流動的電子一樣隨心所欲，光子元件取代通訊領(lǐng)域的電子元件又向前邁進一步。

當(dāng)光穿過一個物體時，即使光可能會被反射、折射或強度有所減弱，但透出來的仍是同樣的光線，這就是我們所熟知的線性。然而，某些“非線性”材料會背離這個經(jīng)驗法則，光子和這種非線性的材料相互作用會讓光子的頻率增加一倍，波長減少一半，新光線名為第二諧波，這個非線性的過程則為二次諧波（也被稱為倍頻）。

杜克大學(xué)普拉特工程學(xué)院電子和計算機工程學(xué)研究生阿勒克.羅斯指出，在正常情況下，第二諧波的行進方向由所用的非線性材料嚴(yán)格限定。之前研制出的一些非線性設(shè)備以及天然非線性材料都很難控制第二諧波的方向。

杜克大學(xué)的科學(xué)家們使用一種由包裹在玻璃纖維內(nèi)的金屬和線纜組成的“超材料”（具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料）構(gòu)建出了能引導(dǎo)第二諧波行進方向的非線性設(shè)備。

新設(shè)備大小為6英尺×8英尺，高約1英尺，由在電路板上使用的纖維玻璃材料一塊一塊并行排列而成。每塊纖維玻璃使用銅環(huán)進行蝕刻，每個銅環(huán)有一個細(xì)小的裂縫，一個二極管橫跨其上，當(dāng)光通過銅環(huán)時，會激活二極管，導(dǎo)致銅環(huán)失去對稱性，從而使整個設(shè)備具有非線性?？茖W(xué)家們表示，這個設(shè)備能讓入射光的頻率加倍，同時也能讓入射波朝他們想要的方向反射。

光學(xué)設(shè)備能更快更有效地傳輸信息，比如，用光纖取代電線就讓通訊產(chǎn)業(yè)的面貌大為改觀，因此，科學(xué)家們希望能用光子元件取代電子元件。“毫無疑問，通訊領(lǐng)域未來的弄潮兒將是光子設(shè)備，能用電子設(shè)備控制電流的方式來控制光子對此非常重要。非線性超材料的獨特之處在于對光的掌控能力，這一點在全光通訊中非常重要。”羅斯說。早在2006年，杜克大學(xué)團隊就首次證明，這種超材料能讓光線繞過物體，使物體隱形。2009年，他們又證明，該超材料能像下一代透鏡一樣工作。

此項研究由美國空軍科研部資助，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《物理學(xué)評論快報》上。