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自从 50 年前被发明以来，激光已经变得非常普及。任何人只要花几美元就可以买到激光笔，而且每台 CD、DVD 或蓝光播放器都使用激光来读取光盘上编码的比特。（不用说，那些老式的激光影碟播放器也是如此。）几乎每个人都知道激光是如何工作的，至少在最肤浅的层面上是这样——当能量输入时，会发出一束集中的光。
但是，如果相同的过程可以反向运行，就像倒放电影一样，会怎么样呢？去年，耶鲁大学的一组物理学家提出了一种用时间反演激光来实现这一目标的方法。这种装置，有些人用 007 风格的“反激光”来形容它，它完全吞噬光线，利用吸收而非放大光线的光学腔来产生热量或电力。换句话说，当光线输入时，能量就会输出。现在，同一批研究人员，连同另外两位耶鲁大学的同事，实际上已经成功构建了一种反激光器，它可以吸收超过 99% 的入射光，并将其转化为热能。他们在2 月 18 日出版的《科学》杂志上报告了这一进展。
但是反激光器并非适用于任何旧光源；这种吸收作用特定于所谓相干光的窄频率——相干光是指波是同步的光，这也是普通激光器发出的光。（换句话说，这项技术并不能制造出更高效的太阳能电池，从而吸收太阳的全光谱能量。）
该装置源于对各种激光器如何工作，以及在物理学家称之为时间反演的条件下它们将如何工作的理论探究。“我对同事们说，想象一下反过来，”耶鲁大学理论物理学家道格拉斯·斯通回忆说，他是这项新研究的合著者。“你用激光器发出的完全相同的光来照射它，那么所有的光都会在该频率下被吸收。”然后，斯通说，关键问题来了：“等一下。我们真的能做到吗？”
通过与耶鲁大学实验学家曹慧领导的一个小组合作，研究人员弄清楚了这种反激光器可能的工作原理。通过分裂一束激光，并将每一部分对准抛光的硅晶片的相对两侧，该小组设计了一个反射和干涉系统，将两束光都捕获在硅中。由于无法逃脱，它们被吸收，它们的能量以热的形式消散，斯通说，通过适当的工程设计，也可以实现电力输出。在演示装置中，只有不到 1% 的光逃逸；研究人员表示，使用更好的激光器，应该可以实现更高的吸收率。
使光束完美干涉，从而使硅晶片捕获它们，这是一项棘手的难题，这个方案需要精确控制两束光的特性。分裂一束激光可以确保硅晶片的两侧都被具有相同波长和振幅的光照射，而沿其中一条光束路径的延迟则控制着光束的相对相位——即两束光的波是同步还是不同步。在正确的相位偏移下，一种通常会反射（如镜子）或透射（如窗户）超过入射光三分之一的材料，突然几乎吸收了所有照射到它的激光。斯通说：“当您达到那个特殊条件时，光就进去了，然后砰——它就出不来了。”
不同的相位偏移会产生完全相反的效果，降低材料的吸收率。换句话说，对其中一束激光束的改变会影响两束光束的相互作用以及有多少光可以通过。“这真的是光控制光，”斯通说。“这是一个光控开关，这非常新颖。”这种开关可能对光路有用，光路使用光而不是电来传输信息。
材料的物理特性有助于确定哪些波长的光会被完美吸收；对于最初的硅器件，最佳点是在近红外线范围内。但曹慧表示，可以使用相同的方案为可见波长制造类似的器件。“如果我们正确设计我们的结构，我们就可以做到，”她说。“我们可以调整参数以使其在可见光范围内发生。”
反激光器的吸收对光的特性如此敏感，这一事实限制了它作为原始太阳能收集器的用途，但可能在例如在嘈杂环境中挑选出非常特定的光谱信号时很有用。“我能想象到的最简单的应用是一个探测器，它被调谐用于探测许多频率的嘈杂环境中的辐射，”普林斯顿大学理论物理学家哈坎·图雷奇说。
米兰理工学院的物理学家斯特凡诺·隆吉说，这项研究可能会带来任何数量的可能的光学奇迹。“这个实验非常干净，非常令人印象深刻，”他说。“而且人们可以想象更多令人惊奇的事情。”一种可能性是一种材料，它可以通过简单地改变照射到它的光的干涉图案，从透明变为完美吸收器。或者人们可以设想一种材料，它可以是光的自发发射器或完美吸收器——集激光器和反激光器于一体。“这是朝着物质和光之间如此迷人的相互作用迈出的第一步，”隆吉说。