你觉得光会不会像旋风那样转起来？还真能！这是由华沙大学物理学院、军事科技大学还有克莱蒙奥弗涅大学帕斯卡尔研究所的法国国家科学研究中心（CNRS）科学家们联手搞出来的一个新技术。他们这回把光给控制住了，让它在极小的结构里转成了旋涡状，也就是所谓的“光学龙卷风”。这事儿其实意义挺大，以后搞微型光源的时候路子就宽了，说不定以后做光子器件能更简单也更有扩展性，通信和量子技术上用得上。这篇研究发在《科学进展》上了。 华沙那边的研究负责人什奇特科教授就说了，他们这个法子是把物理学好几个领域给揉在一起了。灵感其实是从原子物理学来的，电子在那里能占据不同能态。换到光子学里头，光陷阱的作用就有点像那电子能态一样，它抓住的是光而不是电子。 这个研究的第一作者穆申斯基博士解释得挺直观：你可以把它想象成那种光学的旋涡。光波绕着自己的轴线转，相位就像螺旋一样变来变去。更厉害的是，连电场振动的方向——也就是光的偏振——也开始跟着转。 不过大家都知道，像液晶这种材料当光陷阱前景很广，能用来搞量子通信或者操控微观物体。但难点在于，通常想造出这种结构得搞复杂的纳米结构或者巨大的实验装置才行。研究团队就想了个别的招。 “我们没搞那些复杂的系统，”纳米技术专业的学生乔安娜·门德日茨卡说，“我们用了液晶这种材料。”她跟军事科技大学的伊娃·奥顿博士一起弄了样品。“虽然液晶像液体一样能流动，”她说，“可它的分子能排得整整齐齐的，这一点跟晶体特别像。” 在这种结构里头可以产生一种叫toron的缺陷。门德日茨卡解释说：“你就把它想成是那种紧紧扭在一起的螺旋形状吧，跟DNA有点像。分子沿着这个螺旋排列。如果把螺旋的两头连起来弄成个环，”也就是像个甜甜圈一样，“那就是toron了。”这些东西就是光的微观陷阱。 关键的一步是要给光子弄个等效的磁场。“虽然光不像电子那样真的会去响应对磁场的话，”但华沙那边的彼得·卡普钦斯基博士说，“我们可以通过别的办法让它表现得像电子那样。”他说空间变化的双折射——也就是不同偏振的光传播速度不一样——这个作用就有点像一个合成磁场。“我们叫它‘合成’磁场，”他说，“因为数学上的表现跟真的磁场很像。”结果就是光开始弯弯曲曲地走了。 为了把这种效果放大，研究人员把toron放到了一个光学微腔里头——这是那种用镜子围起来的结构，光能在里面反复反射、长时间被困住。穆申斯基博士说这一招真管用：“合成磁场的效应一下子就变强了。”而且他们还能通过加电压来控制陷阱的大小，“从而控制光的特性。” 不过最让人吃惊的结果还在后面。纪尧姆·马尔皮什教授来自克莱蒙奥弗涅大学及CNRS的研究所。他解释道：“在普通的系统里，那种带有轨道角动量的光通常是在激发态出现的。”他跟德米特里·索尔尼什科夫教授还有博士后丹尼尔·博比列夫一起搞出了理论模型，“这回我们在基态也就是最低能量状态里也看到了这种效应。”什奇特科教授强调说这特别重要：“基态是最稳定的状态，也是能量最容易堆起来的地方。”所以实现激光发射就容易多了。 为了验证这一点，研究人员往系统里加了点激光染料。穆申斯基博士说结果出来的光不光在转：“它还像激光一样是相干的、能量明确而且发射方向很清楚。”索尔尼什科夫教授补充说：“有趣的是，我们用的方法借鉴了一些前沿的理论。所以在某种程度上，”他笑着说，“我们成功让光子不仅表现得像电子，还像构成质子的带电粒子——夸克一样。” 维克托·皮切克教授来自军事科技大学做总结：“这发现说明我们能用自组织材料来干活。”他说以后可能会造出更简单也更具扩展性的光子器件，“比如用来做光通信或者量子技术之类的。”