光子學革命：研究人員實現了前所未有的光子上轉換效率

新加坡國立大學（NUS）的科學家們引入了一個突破性的概念，稱爲“超臨界耦合”，它顯著提高了光子上轉換的效率。這一創新不僅顛覆了現有的模式，而且爲發光控制開闢了新的方向。

光子上轉換是將低能光子轉換爲高能光子的過程，是一項具有廣泛應用的關鍵技術，從超分辨率成像到先進的光子器件。儘管當前取得了相當大的進展，但由於摻雜鑭系納米粒子的輻照度和光學共振的關鍵耦合條件的固有限制，對有效光子上轉換的追求面臨着挑戰。

“超臨界耦合”的概念在解決這些挑戰方面起着關鍵作用。這種全新的方法是由新加坡國立大學化學系的劉小剛（音譯）教授和他的合作者意大利國家研究委員會的吉安路易吉·齊託（Gianluigi Zito）博士領導的一個研究小組提出的，利用了“連續體中的束縛態”（BIC）的物理學。BIC是一種現象，可以使光被困在理論上具有無限壽命的開放結構中，超過臨界耦合的限制。這些現象不同於光的通常行爲。

新方法和實驗驗證

通過操縱這些結構中暗模式和亮模式之間的相互作用，類似於電磁感應透明的經典模擬，研究人員不僅增強了局部光場，而且精確控制了光發射的方向。

他們的研究結果發表在《自然》雜誌上。

超臨界耦合的實驗驗證標誌着一個重大的飛躍，表明上轉換髮光增加了8個數量級。實驗裝置包括一個覆蓋上轉換納米粒子的光子晶體納米板。這些納米粒子用作微尺度光源和激光器。BICs具有可忽略的光色散和微尺度光斑的獨特特性，可以實現對發射光的精確聚焦和方向控制。這爲控制光的狀態開闢了新的途徑。

劉教授說：“這項突破不僅是一項根本性的發現，而且代表了納米光子學領域的範式轉變，改變了我們對納米尺度光操縱的理解。超臨界耦合的含義超出了光子上轉換，併爲量子光子學和基於耦合諧振器的各種系統提供了潛在的進步。”

劉教授補充說：“隨着研究界努力解決這項工作的影響，未來的大門爲我們敞開，光是我們宇宙中最基本的元素之一，可以以無與倫比的精度和效率控制。”

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