納米光子器件中實現(xiàn)光信號跨結(jié)構(gòu)“穿梭”

《自然·材料》雜志31日在線發(fā)表了一項納米光子器件互聯(lián)領(lǐng)域的重要研究成果。來自上海交通大學(xué)、國家納米科學(xué)中心等單位的科研人員，利用類似船只航行時產(chǎn)生的“尾流”效應(yīng)，成功解決納米光子器件光信號跨結(jié)構(gòu)傳輸難題，為未來實現(xiàn)光子信號的遠程連接、精確引導(dǎo)和方向控制開辟了新路徑，有望顯著提升光計算與信息處理的能力。

??在納米光子學(xué)領(lǐng)域，如何讓光信號高效地穿梭于不同結(jié)構(gòu)之間，是提升納米光子器件集成度的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。極化激元是一種特殊的表面光波，由光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生。它能將光壓縮在納米尺度內(nèi)，實現(xiàn)強大的光場增強。憑借其超強的光約束能力、低能量損耗和顯著的方向性，極化激元在納米光子器件集成方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，極化激元產(chǎn)生的光場會快速衰減，難以跨越不同結(jié)構(gòu)進行傳輸，這成為制約其在實際光子器件中應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。

??在這項研究中，科研人員從一種擅長向周圍空間輻射能量的漏波現(xiàn)象中獲得靈感，巧妙地將極化激元的強聚焦能力和漏波的定向傳播特性相結(jié)合，在特殊層狀材料中創(chuàng)造出類似“船尾波”的新型光波模式。“這種‘光尾流’成功解決了光波難以在不同材料結(jié)構(gòu)間傳輸?shù)碾y題。實驗中，高速光波從特定結(jié)構(gòu)‘泄漏'出來，像船推開水面一樣形成方向可控的尾跡。極化激元正是沿著這樣的尾跡“泄漏到周圍材料中，實現(xiàn)跨結(jié)構(gòu)傳輸?shù)摹！闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺壹{米科學(xué)中心副研究員胡海形象地說。

??“進一步研究發(fā)現(xiàn)，通過旋轉(zhuǎn)材料層，可以調(diào)制‘光尾流'的方向、形狀和傳播速度。”論文共同通訊作者上海交通大學(xué)教授戴慶表示，這項工作巧妙融合了納米光約束與遠場傳輸能力，不僅從原理上破解了納米尺度下極化激元跨結(jié)構(gòu)傳輸?shù)目茖W(xué)難題，更將其推向可控、集成的實用器件層面，對推動光計算、高速信息處理等技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。