近日，以色列理工学院一位名叫雅各布·克尔-奥尔登（Jacob Kher-Alden）的研究生在光共振方面创造了一项新的世界纪录，打破了此前由诺贝尔奖得主亚瑟·阿什金创造的纪录。

雅各布·克尔-奥尔登

共振器通过捕捉波并在其表面上来回反射达到增强效果的一种装置。例如人们所熟知的吉他，敲击琴弦所产生的声波发生共振，从而放大所发出的声音。光波中同样存在共振器，其在光学系统中起着类似晶体管的作用。只需要两个面，共振器就能在它们之间进行波反射，并且加入的面越多，共振就越强烈。事实上共振器最终的目的是创造一个完美的球面，即在一个三维物体的各个方向创建曲面。从这一点来讲，共振器的创建从一个物理问题变成了一个工程问题，因为即使是一个支撑球体的阀杆也会产生失真，从而减弱共振器的影响。

上世纪70年代，美国科学家亚瑟·阿什金向人们演示了世界上第一个微型共振器。令人意外的是尽管当时已取得了创新性的成功，阿什金却很快放弃了这一研究方向。值得一提的是，阿什金因发明光镊技术被授予2018年诺贝尔物理学奖。

近日，在塔尔·卡蒙（Tal Carmon）教授的指导下，雅各布在阿什金的研究基础上创造了一个浮动共振器，通过产生1000万个光圈来增强共振，而阿什金的共振器只能产生300个光圈。卡蒙教授解释说：“共振器中的一个光子在其内部反弹时做了一千万次圆周运动，但当物质将光子的每一次通过都记录为一个光粒子时，它的反应就好像一个粒子是1000万个粒子只通过一次。一瓦特的光类似于手机上闪光灯的光。当一瓦特的光在镜子之间来回旋转时，光功率将放大到大约100万瓦，这相当于以色列海法一个大型社区的用电量，也就是说我们可以利用高光输出来刺激反射镜之间区域的各种光-物质相互作用。”

塔尔·卡蒙教授

雅各布使用的共振器是由一滴高度透明的油组成，其厚度约为人类头发的四分之一，利用光镊技术将其悬浮在空气中。通过这种方式，在没有任何物质支撑的情况下，水滴被固定住，球体的扭曲面得以消除。实验结果显示雅各布在光放大方面创下了世界纪录：在通过约1微米平方的横截面时，光放大了1000万圈，增加了1000万倍。

卡蒙教授认为光镊技术在生命科学、化学、微流设备等领域被广泛使用，但光学研究人员几乎不使用，就像赤脚走路的鞋匠一样。他进一步解释说，“在我们目前的研究中，我们展示了光学镊子在光学工程领域的巨大潜力。我们认为这种潜力也是可以挖掘利用的。比如，使用多个光学镊子建立一个光学电路，其中包含许多共振器，并按照需求控制共振器的位置和形状。液滴的微观比例增加了球体的完整性，因为在这个比例下重力对液滴的表面张力有最小的影响。当液滴被置于激光束中时，它会接收到来自另一根光纤的光，在光通过共振器后，另一根光纤也会接收回光。通过读取光纤内的光线，研究人员能够了解液滴内部发生的变化。”

撰文丨刘媞