光束穿过光子晶体超晶格（气孔呈无序分布）的示意图。穿过后，光束更加集中。来源：Nicoletta Barolini

近期，由加利福尼亚大学洛杉矶分校、哥伦比亚大学和其他几个研究机构组成的一个研究小组取得了一项重大突破，这项突破会使计算机芯片、发光及激光用新型光学材料的信息传输更加精准。

研发人员通过无序结构消除了光路衍射，实现了500纳米左右光程上对光的控制，这个距离比光波自身的波长还要短。激光校准在于产生精准、聚焦而非发散的激光光束，而该项研究也推动激光校准进入一个新的研究阶段。

Chee Wei Wong是这项工作的主要研究者，他也是加州大学洛杉矶分校亨利萨穆埃利工程和应用科学学院的一位副教授。

假使手电筒的光束照在墙壁上。随着光束远离手电筒、靠近墙壁，光束会逐渐发散，这种现象就是光的衍射。光源距墙壁越远，衍射就会越明显。

尽管一纳米仅是一米的十亿分之一，但是在几纳米的距离上也同样会发生光的衍射。例如，在计算机芯片和光纤上传输信息用的光束就会有这类衍射。但是，衍射会导致信息传输的精准性变低。

因此，只有通过控制光的传播，预防其衍射发生，方可利用光来传输信息。同时，这也促使光学通信技术不断进步，使得目前使用的电子设备上光学信号处理突破了物理条件的限制，也使工程师们得以开发出生物医学光纤。

为了在纳米尺度上实现对光的控制，研发人员选用了光子晶体超晶格进行光的传播研究。光子晶体超晶格是成千上万个纳米七边形、矩形和三角形气孔无序分布而成。这些气孔的孔径比穿过的光子波长更小，因此可以引导光束的传播。

众所周知，均匀分布的气孔可在一定程度上预防光线空间衍射的发生。但是最新研究表明，对于大部分红外光谱来说，其实完全无序结构的光束聚焦效果最好。

这项研究的第一作者Pin-Chun Hsieh是在Wong的指导下完成了哥伦比亚大学FU基金工程基础与应用科学学院的博士学习。

无序系统的这种结果，被称为安德森定域，是由诺贝尔奖获得者Philip Anderson于1958年首先提出的。这种物理现象可以解释在凝聚态物质中电子和波的运动现象。

这也是在芯片大小的光子晶体超晶格上首次观察到横向安德森定域现象。该研究成果已刊登在Nature Physics期刊网页上。

“这项研究证明了安德森定域理论在芯片大小的光子晶体上也是发生在人工无序结构中，而不是有序结构中，”Wong说道，“Pin-Chun的这个发现为控制光在其波长尺度上的传播提供了一个新思路，那就是利用无序结构。”

Hsieh是Quantumstone Research台湾地区主席和大股东。他说，一般人们都认为无序结构会使光更发散，而这个新发现与人们的直觉却恰恰相反。电子学系统中，绝缘体被掺杂后会变成半导体。“控制了无序结构，才可避免横向移动，这样才可减少光的发散。这是电子学的常识。”