光子是一种粒子，那为什么没人能将光子搜集到瓶子里？人可搜集一瓶气体含各种元素，为什么不能搜集一瓶光子？ 第1页

===2016-02-20更新开始===

看到讨论区大家的讨论非常活跃，这里回答一下。

1、我把普通的瓶子比喻成 纸或者海绵 的瓶子，其实只是个比喻。真正的镜子或者介质吸收光，是把光转化成了热。（热可能会被传导出去，但是我们把瓶子悬浮在真空中，就不会有传导了）此时热又会变成光（电磁辐射）出去（可以搜索红外热成像的原理）。但是这个过程，丢失了原始光的信息（频率，偏振，时域信号等），并且热辐射就不是只向瓶内的了，也同时向瓶外。所以还是会导致光含有的能量跑掉。用热来存储光，仍旧保证不了光被限制在瓶子里，而且丢失了原本光的所有信息（转化为量子态存储就能保存），其实是一种很差的存储方式。

2、关于看到光路的问题

灰尘显示踪迹（丁达尔效应）是可以显示光踪迹的。

但是，目前的材料做不到肉眼可见。冷原子的EIT现象，7us就衰减到了20%。光子晶体里最佳记录也是1ns衰减0.1db左右，也就是1us-100db。而人眼要区分两个脉冲信号，至少要40ms（视觉暂留）的时间差。所以目前的慢光技术，距离被肉眼看到踪迹还早着呢。

===2016-02-20更新结束===

其实最重要的问题是，你找不到合适的瓶子和瓶塞。

瓶子能装水，是因为两点：1、向瓶子里倒水时，由于重力，水只进不出（这样水就被装进去了）。2、瓶子不吸收水，不漏水（这样水就不会少）。

存储光的瓶子非常难找，因为1、一般材料满足光路可逆，光进瓶子的时候也在往外出。

2、绝大部分材料都会吸收光，光被存起来不到1s就被吸收没了。

具体的可以看我的另一个答案：

终于回到学校可以查文献了，好好回答这个问题。
储存光是一个非常困难的工作，主要有以下几个原因。
1、光路是可逆的。大部分装置，光怎么进来，就能怎么出去。瓶子能装水，因为重力瓶口不用封住水也不会从上面飞出来。可是地球的重力根本不能把光限制在装置里，光可以从瓶口跑掉。当然，如果是黑洞就不一样了。为了存储光，要不然就要发明一个单向瓶口（只许进，不许出），要不然就需要一个光子的黑洞（把光吸住跑不掉）。
2、光的吸收普遍存在在所有的物质中。这就比如，用玻璃瓶可以装水，因为玻璃不吸收水，也不漏水。可是普通的纸瓶子就不能装水，它吸水啊！对于光来讲，各种材料的吸收都不小（就像海绵做的瓶子装水）。即使把光装进某个装置里，也会很快被吸收光。另外，即使材料对光的吸收率非常小，可是光速太高，光和镜子的反射次数太多，光的衰减也太快。
比如，我们用银镜（最好的金属镜子，对可见光的反射率可以达到98%+，我们就认为是99%好了），做成0.1m大小的盒子，把光装起来。那么，只要1us，光大概被反射3000次，剩下的光强就只有0.99^(3000)=8x10^(-14)了，这样估计一下，1s后，光强就只剩下10^(-14000000)这个数量级了。
如果我们不利用镜子反射，而利用全反射（介质吸收比金属小），那么能达到什么水平呢？目前使用的通讯光纤，大概能做到每40km衰减一个数量级（10倍）。如果理想的实验室条件，用最不计成本的工艺和材料，能做到好于民用两个数量级，假设是4000km一个数量级的衰减，那么光每0.02s就会衰减一个数量级，1秒钟，存储装置里的光就衰减50个数量级。
可以看到，光在物质中传播，或者在物质表面的反射，所普遍存在的衰减（光吸收），使得我们无法在宏观可用的时间尺度里存储光。这个问题目前还没有方法能够解决（你要储存光，总归要用物质做成装置吧，可是只要是物质，不论反射还是透射，总有光的吸收）。

可是，人们还是在不懈努力去寻找储存光的方法，但并不是用来在宏观尺度上把光存起来再放出来的，而是做一些其他的事情。主要包括两点
1、光信号处理方面，暂存光可以制作一些信号处理器件。
2、光与物质相互作用方面，把光关进某个系统里，那光就只好跟系统里的物质作用了。（例如增加太阳能电池的效率，增加光催化反应的速率等等）。

出于上述目的，目前储存光的手段，已经实现了如下一些：
1、高Q值的腔，可以暂存光一定的时间。
2、慢光介质，可以把光速降低到很低，从而存储光一小段时间。
3、单通波导做成的腔，可以让光只进不出（但还是会被吸收掉）。
4、介质分布模拟空间扭曲做成“光子黑洞“
5、把光转换成量子态存储起来（不破坏光含有的信息）。

我们逐一看下科研成果
1、高Q值腔。
这部分工作主要是日本研究组做的光子晶体（Photonic Crystal）腔比较领先。不过具体这个腔能存储光多长时间，一般不是研究重点。国内的一篇工作仔细测量了某种超材料（meta-material）腔的时间延迟效应[1]。下图来自引文[1]
这篇文献利用4mm厚的人工材料腔，将光暂时存储了2ns的时间。
2、慢光介质。
1998年，Harvard的Hau等人，在波色-爱因斯坦凝聚的冷原子中，利用电磁感应透明（EIT）现象，将光速首次降低到了17m/s(注意单位哦！)。在这之后，很多工作都实现了慢光，甚至趋近于0的光速[2]。如果让介质中的光速逐渐趋近于0，光就被停在某个位置，也就相当于被存储起来了（可是还是很快被吸收掉了）。
图片引自文献[2]，可以看出，光被延迟了7us之多，但是也被吸收了80%。

05年，IBM公司实现了1/300光速的光子晶体器件[3]，07年利用光子晶体器件成功实现了20GHz通讯中10bit的延迟（0.5ns），给了慢光通讯学上的实际应用。
3、单通波导
如果我们做一个光学腔，腔的开口处有只许进不许出的“门”，光不就被收集到腔体里面了么~，然而，在腔里面的光，还是逃不开被吸收的命运。
2008年，Stanford的华人教授范汕洄，就利用稳恒磁场下的金属材料，实现了单通波导[4]：
可以看到，在这个波导里设置一个点源，光只向右边传播，不向左边传播。
4、光子黑洞
2006年，Pendry提出了转换光学（Transformation Optics）的概念，指出，光感受到的空间扭曲可以用材料的介电常数和磁导率分布等效地实现。由此设计出了隐身衣[5]。
我们都知道，光经过大质量物体，受到引力作用，路径会扭曲。根据广义相对论，这是由于大质量物体周围的空间扭曲了。同样，光穿过折射率变化地介质（沙漠空气下热上冷），路径也会扭曲（形成海市蜃楼）。Pendry发现，这两种扭曲可以用相同的数学等价起来。
那么，我们只要设计特定的折射率分布，就可以等效出黑洞周围的空间扭曲，从而束缚住光，让其无法离开，这就是“光子黑洞”。
光子黑洞在2013年由南京大学的刘辉课题组实现[6](注意，这篇的通讯作者是刘辉，虽然他写在第二个)，他们也做了很多后续工作。下图引自文献[6]
可以看到，光子黑洞，可以让光围绕某个东西打转，可是结果还是被吸收了（看那条转圈的光线轨迹，越来越弱）
5、光转化为量子态存储
上面介绍的方法都可以把光存起来，或是一段时间，或是把光完全束缚住。可是问题是，这些方法存储的光都会被吸收。从增强光与物质相互作用的角度来讲，这是好事，可是从信号学的角度讲，这么大的信号衰减，就不好了。
于是有人就发明了一种方法，把光转化为量子态存储起来，过一段时间再放出来（这个时间延迟可以达到1s！）并且在此过程中不丢失光携带的信息[7]。
当然，这种方法已经不是在存储光了，而是把光转化为量子态存起来。在信号处理上，这种方法更有用。要知道，在计算机内存里面存储电信息，也要1us以内就刷新一次。而1s的信息存储寿命远远够用了。这个技术就是为了实现光计算中的Memory。

总之，目前有很多方法存储光，但是由于光吸收的问题，无法在宏观的时间尺度上存储光，即使把光收集到某个系统里，在短时间内光就会被吸收掉。
如果把光转化为其他状态，比如量子态，可以在宏观的时间尺度上存储光信息，但那就已经不是光了。


[1] "Enhancement of light-matter interactions in slow-wave metasurfaces",
Shiyi Xiao, Qiong He, Xueqin Huang, Shiwei Tang, and Lei Zhou,
PRB 85, 085125 (2012).
[2]"The art of taming light: Ultra-slow and stopped light"
Zachary Dutton, Naomi S. Ginsberg, Christopher Slowe, and Lene Vestergaard Hau,
Europhysics news 35(2), March 2004
[3]"Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides"
Yurii A. Vlasov, Martin O’Boyle, Hendrik F. Hamann, and Sharee J. McNab
Nature 438, 04210 (2005)
[4]"One-way electromagnetic waveguide formed at the interface between a plasmonic metal under a static magnetic field and a photonic crystal"
Y Zongfu, V Georgios, W Zheng, and F Shanhui,
PRL 100(2):802-809 (2008)
[5]"Controlling electromagnetic fields"
JB Pendry，D Schurig，DR Smith
Science, 2006, 312(5781):1780-1782
[6]"Trapping light by mimicking gravitational lensing"
C. Sheng, H. Liu, Y. Wang, S. N. Zhu, and D. A. Genov,
Nature Photonics 7, 902–906 (2013)
[7]"Efficient quantum memory for light"
MP Hedges, JJ Longdell, L Yongmin, MJ Sellars
Nature, 2010, 465(7301):1052-6