通过终极同轴电缆引导光线

找到最完美的镜子——一面能够从任何角度反射所有波长的光，并且吸收极少光线的镜子——并非易事。传统的金属镜面符合第一个标准，但总是会吸收百分之几的入射光线。而较新的介质镜面具有高反射率，但仅当照射到它们的光线落在狭窄的波长范围内并垂直入射时才有效。直到一年半以前，当麻省理工学院的科学家以特定方式叠放介质薄膜，使其表现更像金属时，“完美镜子”的童话才成为现实。

现在，同一批研究人员找到了一种方法，将他们完美的镜子卷成终极波导——一种管状结构，它在一个装置中提供了同轴电缆和光纤的最佳特性。他们的论文发表在7月21日出版的《科学》杂志上，他们新成立的初创公司OmniGuide Communications已经在致力于开发商业应用。

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事实上，这种新型波导可能会彻底改变互联网和整个光通信领域。它将现有金属同轴电缆的所有优点扩展到光波长，包括红外光和可见光，而金属同轴电缆仅适用于无线电和微波等长波长：它保留了入射电磁辐射的极性，并确保不同频率的脉冲保持其形状。此外，由于其几何结构，它可以比光纤电缆在更小的区域内弯曲光线——这可能导致集成光学器件的显著小型化和更大的带宽能力。

麻省理工学院弗朗西斯·赖特·戴维斯物理学教授兼团队负责人约翰·D·乔安诺普洛斯说：“这种同轴全导波器可能能够取代金属的作用，并且在金属不起作用的波长下也能发挥作用。它的优点在于，无论你输入什么，你都会得到什么。这在偏振是一个问题的领域可能会产生重大影响。”

为了设计这种被命名为同轴全导波器的新型电缆，该团队以同轴电缆的基本布局为基础（左上图）。在这些波导中，光线在两个金属圆柱体（灰色）之间沿径向被限制，并沿轴向或垂直于页面方向传播。当光线从金属壁反射时，它会在电缆中向下弹射。正是因为这种反射不是100%，所以通过这些电缆的信号需要放大。

最初，研究人员只是用卷成相同厚度的介质层（蓝色和绿色）取代了金属。但是，结果被称为全导波器-A（左中图），仅解决了光纤电缆在极性方面的问题，而不是频率方面的问题。为了确保入射光的频率也保持不变（单模），他们回到绘图板，创建了全导波器-B（左下图）。事实证明，他们需要减小波导区域的内半径，同时保持介质层的厚度——这意味着他们必须放弃内层，采用单根介质棒（蓝色）。

该设计是通用的，应该适用于各种材料和结构参数。实际上，可能可以针对特定应用微调同轴全导波器。乔安诺普洛斯补充说：“重要的是，它为以前不可能进行的实验研究开辟了一个新的方向。重要的是要朝着这个方向推进。这可能是弥合红外和无线电频率传输的非常不同要求的突破。”