透過終極同軸電纜引導光線

找到最完美的鏡子——一面能夠從任何角度反射所有波長的光，並且吸收極少光線的鏡子——並非易事。傳統的金屬鏡面符合第一個標準，但總是會吸收百分之幾的入射光線。而較新的介質鏡面具有高反射率，但僅當照射到它們的光線落在狹窄的波長範圍內並垂直入射時才有效。直到一年半以前，當麻省理工學院的科學家以特定方式疊放介質薄膜，使其表現更像金屬時，“完美鏡子”的童話才成為現實。

現在，同一批研究人員找到了一種方法，將他們完美的鏡子捲成終極波導——一種管狀結構，它在一個裝置中提供了同軸電纜和光纖的最佳特性。他們的論文發表在7月21日出版的《科學》雜誌上，他們新成立的初創公司OmniGuide Communications已經在致力於開發商業應用。

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事實上，這種新型波導可能會徹底改變網際網路和整個光通訊領域。它將現有金屬同軸電纜的所有優點擴充套件到光波長，包括紅外光和可見光，而金屬同軸電纜僅適用於無線電和微波等長波長：它保留了入射電磁輻射的極性，並確保不同頻率的脈衝保持其形狀。此外，由於其幾何結構，它可以比光纖電纜在更小的區域內彎曲光線——這可能導致整合光學器件的顯著小型化和更大的頻寬能力。

麻省理工學院弗朗西斯·賴特·戴維斯物理學教授兼團隊負責人約翰·D·喬安諾普洛斯說：“這種同軸全導波器可能能夠取代金屬的作用，並且在金屬不起作用的波長下也能發揮作用。它的優點在於，無論你輸入什麼，你都會得到什麼。這在偏振是一個問題的領域可能會產生重大影響。”

為了設計這種被命名為同軸全導波器的新型電纜，該團隊以同軸電纜的基本佈局為基礎（左上圖）。在這些波導中，光線在兩個金屬圓柱體（灰色）之間沿徑向被限制，並沿軸向或垂直於頁面方向傳播。當光線從金屬壁反射時，它會在電纜中向下彈射。正是因為這種反射不是100%，所以透過這些電纜的訊號需要放大。

最初，研究人員只是用捲成相同厚度的介質層（藍色和綠色）取代了金屬。但是，結果被稱為全導波器-A（左中圖），僅解決了光纖電纜在極性方面的問題，而不是頻率方面的問題。為了確保入射光的頻率也保持不變（單模），他們回到繪圖板，建立了全導波器-B（左下圖）。事實證明，他們需要減小波導區域的內半徑，同時保持介質層的厚度——這意味著他們必須放棄內層，採用單根介質棒（藍色）。

該設計是通用的，應該適用於各種材料和結構引數。實際上，可能可以針對特定應用微調同軸全導波器。喬安諾普洛斯補充說：“重要的是，它為以前不可能進行的實驗研究開闢了一個新的方向。重要的是要朝著這個方向推進。這可能是彌合紅外和無線電頻率傳輸的非常不同要求的突破。”