納米光子器件中實現光信號跨結構“穿梭”

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《自然·材料》雜志31日在線發表了一項納米光子器件互聯領域的重要研究成果。來自上海交通大學、國家納米科學中心等單位的科研人員，利用類似船只航行時產生的“尾流”效應，成功解決納米光子器件光信號跨結構傳輸難題，為未來實現光子信號的遠程連接、精確引導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。

  在納米光子學領域，如何讓光信號高效地穿梭于不同結構之間，是提升納米光子器件集成度的關鍵挑戰。極化激元是一種特殊的表面光波，由光與物質相互作用產生。它能將光壓縮在納米尺度內，實現強大的光場增強。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出巨大潛力。然而，極化激元產生的光場會快速衰減，難以跨越不同結構進行傳輸，這成為制約其在實際光子器件中應用的關鍵瓶頸。

  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合，在特殊層狀材料中創造出類似“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構間傳輸的難題。實驗中，高速光波從特定結構‘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，實現跨結構傳輸的。”論文共同通訊作者、國家納米科學中心副研究員胡海形象地說。

  “進一步研究發現，通過旋轉材料層，可以調制‘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構傳輸的科學難題，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的發展具有重大意義。