科学家突破片上纳米尺度光操控难题

我国科学家在纳米尺度光操控领域取得重要进展。记者10日获悉，来自上海交通大学、国家纳米科学中心等单位的科研人员，成功实现芯片上纳米光信号的高效激发与路径分离，为开发更小、更快、能耗更低的下一代光子芯片奠定了坚实基础。相关研究成果发表于《自然·光子学》杂志。

随着芯片尺寸不断缩小、能耗要求持续降低，如何在纳米尺度上精确控制光的传播，已成为发展下一代信息技术的核心瓶颈。“作为一种由光与材料耦合形成的特殊电磁波，极化激元能将光能量高度压缩在纳米尺度，是实现超小型光子器件的关键利器，有望应用于光子芯片、量子信息等诸多前沿领域。”论文共同通讯作者、上海交通大学教授戴庆告诉记者。

双曲极化激元高阶模式的激发与空间分离示意图

在各种极化激元形态中，高阶双曲声子极化激元约束光场的能力比普通极化激元更强，尤其适合制造更紧凑的纳米器件。但它的“激发门槛”极高，传统方法难以实现高阶极化激元的有效激发和操控。

为解决这一难题，科研人员创新性地提出了“两步走”的激发策略：第一步，先用特制的金属天线将普通激光转换成一种基础模式的纳米光波；第二步，让这种光波经过一个极其平整的黄金边界，通过散射巧妙地将其“转换”成所需的高阶光波。

“利用这种方法，我们不仅在室温下实现了高阶光波的长距离、低损耗传输，还通过精巧的结构设计，像控制交通一样，让不同模式的光波分道扬镳，实现了光信号在纳米尺度的路由功能。”论文共同通讯作者、国家纳米科学中心副研究员胡海说。

戴庆表示，这项研究不仅提出了一种高效激发纳米光波的新方法，还展示了其在光路径精确控制方面的潜力，对发展纳米光路和集成光子器件等具有重要意义。