新加坡學者提「超臨界耦合」突破性概念！可顯著提高光子上轉換效率

新加坡國立大學（NUS）科學家提出一種突破性概念叫「超臨界耦合」（supercritical coupling），可顯著提高光子上轉換的效率。

光子上轉換是將低能量光子轉為高能量光子的過程，能廣泛應用，從超解析度成像（SSR）到先進光子裝置。儘管獲得相當大的進展，但由於鑭系元素掺雜（lanthanide-doped）奈米粒子輻照度的固有限制及光學共振的臨界耦合條件，高效光子上轉換仍面臨挑戰。

（Source：自然）

「超臨界耦合」利用「連續體束縛態」（bound states in the continuum，BIC）的物理原理。BIC 是一種光學現象，使光能困在開放式結構中，理論上具有無限壽命，並超越臨界耦合的極限。這個現象也與光的通常行為不同。

透過操縱這些結構中暗模式和亮模式間的相互作用，可形成類似「電磁波引發透明」（electromagnetically induced transparency，EIT）的模擬，研究人員不僅加強局部光場，還可精確地控制光發射的方向，並將研究成果發表在《自然》雜誌上。

超臨界耦合的實驗驗證標誌一項重大飛躍，證明轉換發光能力提高八個數量級。透過 BIC 的獨特特性，可實現發射光的精確聚焦和方向控制，也為控制光的狀態開闢的新途徑。

新加坡國立大學化學系教授 LIU Xiaogang 表示，這項突破不僅是根本性發現，也代表奈米光子學領域的典範轉移，改變對奈米尺度光操控的理解。超臨界耦合的意義超越光子上轉換，為量子光子學和基於耦合共振腔（resonators）的系統提供進展。他認為，「光是宇宙中最基本的元素之一，我們能以無與倫比的精度和效率控制光」。