摘要：荷兰原子与分子物理研究所、代尔夫特理工和康奈尔大学的最新成，他们用一种特殊结构，把光在芯片上的某个点“堆”了起来——不是靠共振，不是靠镜面，而是靠拓扑。

荷兰原子与分子物理研究所、代尔夫特理工和康奈尔大学的最新成，他们用一种特殊结构，把光在芯片上的某个点“堆”了起来——不是靠共振，不是靠镜面，而是靠拓扑。

传统上，把光聚焦到极小体积的方法只有两种：一是谐振腔，通过共振增强某个固定波长；二是波导收缩，像漏斗一样压缩传播路径。但这两种方式，要么“窄带”，要么尺度过大，难以直接在芯片级别实现。

这次研究，绕开了这两个瓶颈。

核心结构是光子晶体。简单说，是打满小孔的硅片。这些孔阵列形成禁带区，光在这些区域本不能传播。但当两个镜像排布的光子晶体拼在一起时，它们之间的边界成了天然的波导。

沿着这条“波导”，光可以传播。而由于结构的拓扑保护，这种传播对缺陷不敏感。即使晶体内部存在微小误差，光也不会像传统波导那样被散射或反射回去。

问题来了：这条波导如果突然被“堵住”——尽头是一堵光过不去的“墙”，光会怎么走？

按常理，会反射回来。但实际不是。

实验表明，光在“墙”前被积压，形成了极强的局部增强。这种增强不是瞬间反弹造成的，而是由于反射被拓扑机制抑制，光被“拖延”地反弹。能量短暂聚集在尽头，形成局域高强度光场。

研究团队在芯片上制作了拓扑波导，再用一种特殊显微镜观测：扫描针比发丝细1000倍，贴着晶体表面移动，捕捉光强变化。

结果是确定的：只有当“墙”被置于某一特定角度时，光才在尽头处堆积起来。这一点，也完全吻合康奈尔团队的理论预测。

真正关键的，是这种增强是“宽带”的。传统的谐振腔方式只能增强特定频率的光，而这种机制，由于依赖的是拓扑结构而非谐振频率，因此对波长的适应性极强——这对实际应用是决定性差异。

还有一处技术突破。

这种结构不是模拟出来的，而是真实在芯片级别构建出来，并实测验证。这使它具备工程化的可行性。不像传统研究往往停留在物理模拟层面，这套设计给出了实际制造路径——包括晶体排布、波导构型、终止角度等。

从应用上看，这意味着在光子芯片上，我们可以在任意点实现极限局部放大，进而精确操控光场——无论是用于增强非线性光学效应、局域加热、传感，还是耦合到单光子源。

下一步研究将聚焦在脉冲激光条件下的动态堆积行为。不再仅仅是静态“堆光”，而是观察在有限时间内，光场如何积聚、释放，并如何实现瞬态增强的最大化。

如果成功，这种“拓扑堵墙”机制可能成为下一代光学芯片设计的新范式。它既不依赖高Q腔体，也不需要纳米级压缩，只需要精确排布两个光子晶体，就能在不稳定、不对称、非理想条件下，稳定地产生光学增强。

最难的部分已经完成：实验验证，理论吻合，结构制造，局域增强，全部实现。剩下的，是技术集成，和应用拓展。

来源：老胡科学一点号