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自從 50 年前被髮明以來，雷射已經變得非常普及。任何人只要花幾美元就可以買到雷射筆，而且每臺 CD、DVD 或藍光播放器都使用雷射來讀取光碟上編碼的位元。（不用說，那些老式的雷射影碟播放器也是如此。）幾乎每個人都知道雷射是如何工作的，至少在最膚淺的層面上是這樣——當能量輸入時，會發出一束集中的光。
但是，如果相同的過程可以反向執行，就像倒放電影一樣，會怎麼樣呢？去年，耶魯大學的一組物理學家提出了一種用時間反演雷射來實現這一目標的方法。這種裝置，有些人用 007 風格的“反雷射”來形容它，它完全吞噬光線，利用吸收而非放大光線的光學腔來產生熱量或電力。換句話說，當光線輸入時，能量就會輸出。現在，同一批研究人員，連同另外兩位耶魯大學的同事，實際上已經成功構建了一種反雷射器，它可以吸收超過 99% 的入射光，並將其轉化為熱能。他們在2 月 18 日出版的《科學》雜誌上報告了這一進展。
但是反雷射器並非適用於任何舊光源；這種吸收作用特定於所謂相干光的窄頻率——相干光是指波是同步的光，這也是普通雷射器發出的光。（換句話說，這項技術並不能製造出更高效的太陽能電池，從而吸收太陽的全光譜能量。）
該裝置源於對各種雷射器如何工作，以及在物理學家稱之為時間反演的條件下它們將如何工作的理論探究。“我對同事們說，想象一下反過來，”耶魯大學理論物理學家道格拉斯·斯通回憶說，他是這項新研究的合著者。“你用雷射器發出的完全相同的光來照射它，那麼所有的光都會在該頻率下被吸收。”然後，斯通說，關鍵問題來了：“等一下。我們真的能做到嗎？”
透過與耶魯大學實驗學家曹慧領導的一個小組合作，研究人員弄清楚了這種反雷射器可能的工作原理。透過分裂一束雷射，並將每一部分對準拋光的矽晶片的相對兩側，該小組設計了一個反射和干涉系統，將兩束光都捕獲在矽中。由於無法逃脫，它們被吸收，它們的能量以熱的形式消散，斯通說，透過適當的工程設計，也可以實現電力輸出。在演示裝置中，只有不到 1% 的光逃逸；研究人員表示，使用更好的雷射器，應該可以實現更高的吸收率。
使光束完美干涉，從而使矽晶片捕獲它們，這是一項棘手的難題，這個方案需要精確控制兩束光的特性。分裂一束雷射可以確保矽晶片的兩側都被具有相同波長和振幅的光照射，而沿其中一條光束路徑的延遲則控制著光束的相對相位——即兩束光的波是同步還是不同步。在正確的相位偏移下，一種通常會反射（如鏡子）或透射（如窗戶）超過入射光三分之一的材料，突然幾乎吸收了所有照射到它的雷射。斯通說：“當您達到那個特殊條件時，光就進去了，然後砰——它就出不來了。”
不同的相位偏移會產生完全相反的效果，降低材料的吸收率。換句話說，對其中一束雷射束的改變會影響兩束光束的相互作用以及有多少光可以透過。“這真的是光控制光，”斯通說。“這是一個光控開關，這非常新穎。”這種開關可能對光路有用，光路使用光而不是電來傳輸資訊。
材料的物理特性有助於確定哪些波長的光會被完美吸收；對於最初的矽器件，最佳點是在近紅外線範圍內。但曹慧表示，可以使用相同的方案為可見波長製造類似的器件。“如果我們正確設計我們的結構，我們就可以做到，”她說。“我們可以調整引數以使其在可見光範圍內發生。”
反雷射器的吸收對光的特性如此敏感，這一事實限制了它作為原始太陽能收集器的用途，但可能在例如在嘈雜環境中挑選出非常特定的光譜訊號時很有用。“我能想象到的最簡單的應用是一個探測器，它被調諧用於探測許多頻率的嘈雜環境中的輻射，”普林斯頓大學理論物理學家哈坎·圖雷奇說。
米蘭理工學院的物理學家斯特凡諾·隆吉說，這項研究可能會帶來任何數量的可能的光學奇蹟。“這個實驗非常乾淨，非常令人印象深刻，”他說。“而且人們可以想象更多令人驚奇的事情。”一種可能性是一種材料，它可以透過簡單地改變照射到它的光的干涉圖案，從透明變為完美吸收器。或者人們可以設想一種材料，它可以是光的自發發射器或完美吸收器——集雷射器和反雷射器於一體。“這是朝著物質和光之間如此迷人的相互作用邁出的第一步，”隆吉說。