近日,，新加坡國(guó)立大學(xué)蘇州研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新國(guó)大蘇研院”）首席研究員劉小鋼及團(tuán)隊(duì)成員在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上發(fā)表研究成果,，在光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域取得了新突破。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種被稱(chēng)為"超臨界耦合"的不尋常光學(xué)現(xiàn)象，它能將光子的上轉(zhuǎn)換效率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí),。這一發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了操縱光的新途徑，可推動(dòng)量子計(jì)算,、超分辨率成像等量子技術(shù)以及激光器,、光腔和諧振器等光子設(shè)備的發(fā)展。

研究背景

材料中的光子上轉(zhuǎn)換是一種吸引了廣泛關(guān)注的現(xiàn)象,，主要因?yàn)樗谀芰哭D(zhuǎn)換和生物成像等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力,。這一過(guò)程涉及到鑭系元素發(fā)射的光子能量高于吸收的光子能量，這是通過(guò)連續(xù)吸收兩個(gè)或多個(gè)光子來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。然而,，由于摻鑭納米粒子輻照度和光學(xué)共振臨界耦合條件的固有限制，實(shí)現(xiàn)高效光子上轉(zhuǎn)換仍然面臨著挑戰(zhàn),。超臨界耦合(Supercritical Coupling)概念在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用,。這種全新的方法利用了"連續(xù)體中的束縛態(tài)"(BICs)物理學(xué)，通過(guò)BICs使光被困在開(kāi)放結(jié)構(gòu)中,，在理論上具有無(wú)限的壽命,，超越了臨界耦合的極限。

研究結(jié)果

劉小鋼教授研究團(tuán)隊(duì)與意大利國(guó)家研究委員會(huì)的Gianluigi Zito博士合作,，在超臨界耦合的發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了操縱光的新方法,，使得準(zhǔn)BIC場(chǎng)即使在輻射品質(zhì)因數(shù)發(fā)散的情況下，也能達(dá)到非輻射損耗帶來(lái)的最大增強(qiáng)效果,。該方法能將光子的上轉(zhuǎn)換效率提高幾個(gè)數(shù)量級(jí),，這種增強(qiáng)還使自準(zhǔn)直光子的定向傳播變得異常精確。

▲超臨界耦合和定向上轉(zhuǎn)換發(fā)射的原理

應(yīng)用場(chǎng)景

突破不僅是一項(xiàng)基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn),，而且標(biāo)志著納米光子學(xué)領(lǐng)域的一次根本性變革,，改變了大眾對(duì)納米尺度光操縱的理解,。這種操縱光的新方法不僅適用于廣泛的物理過(guò)程，并在光源開(kāi)發(fā),、能量收集和光化學(xué)催化方面具有潛在的應(yīng)用前景,。隨著材料科學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)更高效和穩(wěn)定的鑭系光子上轉(zhuǎn)換材料,，將為多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性的進(jìn)步,。

新國(guó)大蘇研院的科研工作聚焦前沿技術(shù)，開(kāi)展原創(chuàng)性,、應(yīng)用性研究,，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)關(guān)聯(lián)，與蘇州工業(yè)園區(qū)及地方科技深融入,，已建立生物醫(yī)療與健康,、能源與環(huán)境納米兩大科技創(chuàng)新平臺(tái)。新國(guó)大蘇研院致力于推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化落地工作,，希望通過(guò)研究產(chǎn)生有影響力的高科技創(chuàng)新產(chǎn)品,，賦能地方產(chǎn)業(yè)升級(jí)。目前,，研究院承擔(dān)各級(jí)科研項(xiàng)目170余項(xiàng),，在國(guó)際著名期刊發(fā)表了1200余篇有影響力的科研論文，其中4篇發(fā)表在Nature母刊,，35篇發(fā)表在Nature子刊