我國科學家突破片上納米尺度光操控難題

科技日報記者 陸成寬

我國科學家在納米尺度光操控領域取得重要進展。記者10日獲悉，來自上海交通大學、國家納米科學中心等單位的科研人員，成功實現芯片上納米光信號的高效激發與路徑分離，為開發更小、更快、能耗更低的下一代光子芯片奠定了堅實基礎。相關研究成果發表於《自然·光子學》雜誌。

隨着芯片尺寸不斷縮小、能耗要求持續降低，如何在納米尺度上精確控制光的傳播，已成為發展下一代信息技術的核心瓶頸。“作為一種由光與材料耦合形成的特殊電磁波，極化激元能將光能量高度壓縮在納米尺度，是實現超小型光子器件的關鍵利器，有望應用於光子芯片、量子信息等諸多前沿領域。”論文共同通訊作者、上海交通大學教授戴慶告訴記者。

在各種極化激元形態中，高階雙曲聲子極化激元約束光場的能力比普通極化激元更強，尤其適合製造更緊湊的納米器件。但它的“激發門檻”極高，傳統方法難以實現高階極化激元的有效激發和操控。

為解決這一難題，科研人員創新性地提出了“兩步走”的激發策略：第一步，先用特製的金屬天線將普通激光轉換成一種基礎模式的納米光波；第二步，讓這種光波經過一個極其平整的黃金邊界，通過散射巧妙地將其“轉換”成所需的高階光波。

“利用這種方法，我們不僅在室温下實現了高階光波的長距離、低損耗傳輸，還通過精巧的結構設計，像控制交通一樣，讓不同模式的光波分道揚鑣，實現了光信號在納米尺度的路由功能。”論文共同通訊作者、國家納米科學中心副研究員胡海説。

戴慶表示，這項研究不僅提出了一種高效激發納米光波的新方法，還展示了其在光路徑精確控制方面的潛力，對發展納米光路和集成光子器件等具有重要意義。

（受訪者供圖）