纳米光子器件中实现光信号跨结构 “穿梭”
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2025-08-01 12:41:01
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《自然・材料》杂志31日在线发表了一项纳米光子器件互联领域的重要研究成果。来自上海交通大学、国家纳米科学中心等单位的科研人员,利用类似船只航行时产生的 “尾流” 效应,成功解决纳米光子器件光信号跨结构传输难题,为未来实现光子信号的远程连接、精确引导和方向控制开辟了新路径,有望显著提升光计算与信息处理的能力。

在纳米光子学领域,如何让光信号高效地穿梭于不同结构之间,是提升纳米光子器件集成度的关键挑战。极化激元是一种特殊的表面光波,由光与物质相互作用产生。它能将光压缩在纳米尺度内,实现强大的光场增强。凭借其超强的光约束能力、低能量损耗和显著的方向性,极化激元在纳米光子器件集成方面展现出巨大潜力。然而,极化激元产生的光场会快速衰减,难以跨越不同结构进行传输,这成为制约其在实际光子器件中应用的关键瓶颈。

在这项研究中,科研人员从一种擅长向周围空间辐射能量的漏波现象中获得灵感,巧妙地将极化激元的强聚焦能力和漏波的定向传播特性相结合,在特殊层状材料中创造出类似 “船尾波” 的新型光波模式。

“这种‘光尾流’成功解决了光波难以在不同材料结构间传输的难题。实验中,高速光波从特定结构‘泄漏’出来,像船推开水面一样形成方向可控的尾迹。极化激元正是沿着这样的尾迹‘泄漏’到周围材料中,实现跨结构传输的。” 论文共同通讯作者、国家纳米科学中心副研究员胡海形象地说。

“进一步研究发现,通过旋转材料层,可以调制‘光尾流’的方向、形状和传播速度。” 论文共同通讯作者、上海交通大学教授戴庆表示,这项工作巧妙融合了纳米光约束与远场传输能力,不仅从原理上破解了纳米尺度下极化激元跨结构传输的科学难题,更将其推向可控、集成的实用器件层面,对推动光计算、高速信息处理等技术的发展具有重大意义。

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