新加坡国立大学（NUS）科学家提出一种突破性概念叫“超临界耦合”（supercritical coupling），可显著提高光子上转换的效率。

光子上转换是降低能量光子转为高能量光子的过程，能广泛应用，从超分辨率成像（SSR）到先进光子设备。尽管获得相当大的进展，但由于镧系元素掺杂（lanthanide-doped）纳米粒子辐照度的固有限制及光学共振的临界耦合条件，高效光子上转换仍面临挑战。

（Source：自然）

“超临界耦合”利用“连续体束缚态”（bound states in the continuum，BIC）的物理原理。BIC是一种光学现象，使光能困在开放式结构中，理论上具有无限寿命，并超越临界耦合的极限。这个现象也与光的通常行为不同。

通过操纵这些结构中暗模式和亮模式间的相互作用，可形成类似“电磁波引发透明”（electromagnetically induced transparency，EIT）的模拟，研究人员不仅加强局部光场，还可精确地控制光发射的方向，并将研究成果发表在《自然》杂志上。

超临界耦合的实验验证标志一项重大飞跃，证明转换发光能力提高八个数量级。通过BIC的独特特性，可实现发射光的精确聚焦和方向控制，也为控制光的状态开辟的新途径。

新加坡国立大学化学系教授LIU Xiaogang表示，这项突破不仅是根本性发现，也代表纳米光子学领域的典范转移，改变对纳米尺度光操控的理解。超临界耦合的意义超越光子上转换，为量子光子学和基于耦合共振腔（resonators）的系统提供进展。他认为，“光是宇宙中最基本的元素之一，我们能以无与伦比的精度和效率控制光”。

（首图来源：Unsplash）