可靠地引导和捕获光波是各种当代技术(包括通信和信息处理系统)发挥作用的核心。引导光波的最传统方法利用光纤和其他类似结构的全内反射，但最近物理学家一直在探索基于其他物理机制的技术的潜力。

南加州大学的研究人员最近设计了一种高度创新的捕获光的方法。这种方法在《自然物理学》中引入，利用了拉格朗日点的奇异特性，拉格朗日点与控制原始天体轨道的平衡点相同，例如太阳-木星系统中所谓的特洛伊小行星。

“拉格朗日点的发现恰好是这项研究的关键，可以追溯到莱昂哈德·欧拉和约瑟夫·路易斯·拉格朗日的早期工作，他们发现在这些位置，两个大物体施加的引力可以是论文合著者MercedehKhajavikhan和DemetriosN.Christodoulides告诉Phys.org。

“虽然其中一些要点，特别是和，已经被用作太空中的战略位置，以最小的推进剂消耗实现卫星稳定性(例如詹姆斯·韦伯望远镜和最近部署的AdityaL1卫星)，但我们的研究重点是和拉格朗日点。”

特洛伊小行星是一大群与木星在同一轨道上绕太阳运行的小行星。拉格朗日点以发现拉格朗日的著名数学家拉格朗日的名字命名，是同一系统中两个物体(例如太阳和木星)的引力在空间中产生增强的吸引和排斥区域的位置。

作为研究的一部分，Khajavikhan和Christodoulides着手研究利用这些位置的独特物理特性来引导和捕获光波的潜力。研究人员在论文中表明，在光学应用中使用拉格朗日点在某种程度上类似于捕获太阳-木星轨道内的特洛伊小行星。

Khajavikhan和Christodoulides表示：“拉格朗日光波导是通过电流通过固化硅油缸中的螺旋线而产生的。”

“通过热光效应，这反过来会产生扭曲的折射率景观，在这种情况下，光子排斥力由离心力平衡。与直觉相反，在这个山坡折射率剖面中，产生了一个稳定的拉格朗日点结果，特洛伊光束以二维方式被困在这个位置。”

作为研究的一部分，Khajavikhan和Christodoulides在实验室中创建了一个紧凑的系统，再现了拉格朗日点的特性，例如在特洛伊小行星轨道上观察到的拉格朗日点特性。他们的实验室构建的系统由插入介质中的螺旋形铁丝组成，该介质具有与温度相关的折射率。

研究人员随后可以通过使电流通过电线以非均匀方式加热这种介质。最终，这个过程形成了他们所说的特洛伊光束。

这个简单的实验导致了非常有趣的观察。有趣的是，研究人员发现，光学特洛伊光束可以在这种散焦折射率环境中被引导或捕获，这在正常情况下是不可行的。

Khajavikhan和Christodoulides说：“更重要的是，捕获这些光束的折射率景观完全不起眼，没有任何可以预示引导响应的特征。”“本质上，光束被困在一个不存在的地方——完全不显眼的区域，那里不存在传统的波导结构。”

该研究小组最近的工作表明，可以利用拉格朗日点的独特特性来引导和捕获光波。未来，当传统方法无效时，例如在液体和气体中，它可能会形成新技术的发展，以在非常规环境中引导光波。

Khajavikhan和Christodoulides表示：“进一步探索的一个可能途径是在放大(激光)系统中使用特洛伊光束，其中光学增益或损耗可以在全介电介质中建立光束吸引或排斥的替代方法。”

到目前为止，研究人员只关注使用拉格朗日点来引导光束。然而，将来他们开发的方法也可以在光学以外的其他物理领域进行测试，例如作为引导声波或超冷原子的技术。

Khajavikhan和Christodoulides补充道：“目前，我们计划探索在液体和气体介质中以声波引导光的可能性。”“最后，令人感兴趣的是使用光学牵引光束首次观察拉格朗日波导中捕获和传输介电微米和纳米颗粒，其中可以诱导多个拉格朗日点——这在天体力学中是不可能的。”

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