光子上转换通过超临界耦合控制光

新加坡国立大学的研究人员及其合作者推出了一种名为“超临界耦合”的新颖概念，可以将光子上转换效率提高数倍。这一发现不仅挑战了现有的范式，而且为光发射的控制开辟了新的方向。

光子上转换是将低能光子转换为高能光子的过程，是一项具有广泛应用的关键技术，从超分辨率成像到先进光子器件。尽管取得了相当大的进展，但由于稀土掺杂纳米粒子的辐照度和光学共振的关键耦合条件的固有限制，对高效光子上转换的追求仍面临挑战。

“超临界耦合”的概念在应对这些挑战中发挥着关键作用。这种全新的方法是由新加坡国立大学化学系刘晓刚教授及其合作者、意大利国家研究委员会的GianluigiZito博士领导的研究小组提出，它利用了“连续体中的束缚态”物理学。BIC)。

BIC是一种使光被捕获在开放结构中的现象，理论上具有无限的寿命，超越了临界耦合的极限。这些现象与光的通常行为不同。

通过操纵这些结构内暗模式和亮模式之间的相互作用，类似于电磁感应透明的经典模拟，研究人员不仅增强了局部光场，而且还精确控制了光发射的方向。

超临界耦合的实验验证标志着一个重大飞跃，证明上转换发光增加了八个数量级。实验装置包括覆盖有上转换纳米粒子的光子晶体纳米板。这些纳米粒子用作微型源和激光器。

利用BIC的独特性能(其光色散可忽略不计和光斑的微米级尺寸)来实现发射光的聚焦和方向控制的精确性。这开辟了控制光状态的新途径。

刘教授说：“这一突破不仅是一项基本发现，而且代表了纳米光子学领域的范式转变，改变了我们对纳米尺度光操纵的理解。超临界耦合的影响超出了光子上转换的范围，并为量子领域提供了潜在的进步。光子学和基于耦合谐振器的各种系统。”

刘教授补充道：“随着研究界努力解决这项工作的影响，未来的大门已经敞开，光是我们宇宙中最基本的元素之一，可以以无与伦比的精度和效率进行控制。”