新型納米材料首度實(shí)現全光學(xué)技術(shù)重寫(xiě)波導

　　Iccsz訊 德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種混合納米材料，能夠對光學(xué)元件進(jìn)行寫(xiě)入、擦除和重寫(xiě)操作。研究人員認為，這種納米材料及開(kāi)發(fā)技術(shù)可以用來(lái)創(chuàng )造新一代的光學(xué)芯片和電路。在雜志《Nano Letters》發(fā)表的研究中，該德克薩斯團隊描述了如何通過(guò)從等離子體表面開(kāi)始創(chuàng )建他們的新型混合納米材料的過(guò)程。表面等離子體光子學(xué)是研究利用光子撞擊金屬表面時(shí)產(chǎn)生的電子密度振蕩的一門(mén)學(xué)科。這些類(lèi)似波的振蕩電子被稱(chēng)為表面等離子體激元。

　　在這種情況下，金屬表面由覆蓋了嵌入有光感特性分子的聚合物層的鋁納米顆粒構成。

　　這些光致變色分子能夠和光發(fā)生量子相互作用，使的分子變得透明或不透明。在德克薩斯研究人員創(chuàng )造的光子電路中，金屬等離子體表面和光致變色分子代表兩個(gè)量子系統。在這個(gè)設計中，兩個(gè)量子系統之間的相互作用或耦合是非常強的。通過(guò)利用這些現象，研究人員創(chuàng )造了一個(gè)能夠控制光的方向的波導，對集成光子電路的設計至關(guān)重要。

　　研究人員首先使用綠色激光在納米材料中創(chuàng )建了他們的波導。然后，他們能夠使用UV光線(xiàn)擦除該波導，接著(zhù)他們使用綠色激光重新寫(xiě)入波導圖案。 研究團隊認為，這是人類(lèi)首次能夠使用全光學(xué)技術(shù)來(lái)重寫(xiě)波導。

　　“在我們的工作中，我們用混合等離子體波導作為一個(gè)量子系統，并將分子添加到聚合物作為第二個(gè)量子系統，” Linhan Lin，該研究的共同作者之一，在與IEEE Spectrum的電子郵件采訪(fǎng)中解釋道。“一旦這兩個(gè)量子系統之間發(fā)生強耦合作用，我們只需使用UV紫外線(xiàn)照射樣品，就能朝兩個(gè)不同的新方向改變混合等離子體波導的諧振頻率。”

　　根據Lin的說(shuō)法，當樣品被UV紫外線(xiàn)照射的瞬間，混合等離子體波導在該諧振頻率下就不能工作了，或者換個(gè)說(shuō)法，波導被擦除了。一旦綠色激光照射在樣品上(分子變得透明)，諧振頻率將返回初值。“通過(guò)該途徑，我們獲得了波導的工作方式，所以說(shuō)我們創(chuàng )建了波導，”Lin補充道。

　　當然，該可重寫(xiě)光學(xué)系統的概念不是全新的; 它是以CD和DVD這類(lèi)光學(xué)存儲介質(zhì)為基礎的。但是，CD和DVD需要龐大的光源，光學(xué)介質(zhì)和光檢測器來(lái)工作。 這里開(kāi)發(fā)的可重寫(xiě)集成光子電路的優(yōu)點(diǎn)是可以應用在2-D材料上。

　　“為了開(kāi)發(fā)可重寫(xiě)的集成納米光子電路，人們必須能夠將光限制在二維(2-D)平面內，其中光可以在平面中進(jìn)行長(cháng)距離傳輸，而且在其傳播方向，幅度，頻率和相位上被任意控制，“ Yuebing Zheng，領(lǐng)導這項研究的一位德克薩斯大學(xué)教授，在采訪(fǎng)中說(shuō)到。“我們的材料是一種混合物質(zhì)，使開(kāi)發(fā)可重寫(xiě)的集成納米光子電路成為可能。“

　　一些工程應用需要等到這些可重寫(xiě)的集成納米光子電路成熟完善。Lin解釋說(shuō)，要將這項技術(shù)應用到實(shí)驗室之外，需要提高這種可重寫(xiě)設備的穩定性，同時(shí)延長(cháng)其使用壽命。 此外，還需要使混合等離子體波導的工作頻率與片上通信頻率匹配。

　　Zeng補充說(shuō)：“我們的目標是開(kāi)發(fā)超越波導的可重寫(xiě)光學(xué)元件，這將導致可重寫(xiě)光學(xué)濾波器，信道下降濾波器，延遲線(xiàn)，傳感器，激光器，調制器，色散補償器等的出現。 這些都是未來(lái)光子集成電路的關(guān)鍵組件。”