美科學(xué)家研制出一種新興納米光子波導(dǎo)方法

美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家克服了一些設(shè)計(jì)上的長(zhǎng)期困難，制造出一種新式的納米光波導(dǎo)(nanophotonic waveguide)。該器件也許可以應(yīng)用于單光子、寬帶以及更精巧的光敏晶體管(optical transistors)、光開關(guān)、光內(nèi)存以及延遲器件等。

如果光子器件想要在更小、更快且低耗能線路上與電子線路一較長(zhǎng)短，則光子的操控必須在空間、速度以及能量上比目前小上千百倍情況下進(jìn)行。科學(xué)家能以同時(shí)達(dá)成其中一或兩個(gè)條件，但要同時(shí)滿足三個(gè)條件非常困難，不過(guò)MIT的John Joannopoulos等人辦到了。

他們將信息編碼后以存在于金屬基板及絕緣材料層接口間的光波傳遞。這種名為表面等離子(surface plasmons)的波，波長(zhǎng)可以比自由空間中的光波長(zhǎng)短很多，因此器件的尺寸可以縮小，滿足上述第一個(gè)條件。

此外，亞波長(zhǎng)(subwavelength)等離子是一種速度較慢的電磁波，因此”經(jīng)歷”器件材料的非線性特性的時(shí)間較長(zhǎng)，器件能以較低的能量操作，滿足上述第二項(xiàng)要求。最后，藉由數(shù)個(gè)絕緣層的堆棧，慢速等離子可以具有大得驚人的帶寬，而由于各種頻率的波可以疊加形成時(shí)間非常短的脈沖，使得操作速度更快，因此達(dá)到上述第三項(xiàng)要求。

MIT制作的這種器件中，低能耗是另一大優(yōu)點(diǎn)。等離子通常是憑借光子芯片(photonic chip)上的納米級(jí)溝紋(corrugations)加以導(dǎo)引，一般等離子器件上的溝紋位于金屬層中，無(wú)可避免地會(huì)導(dǎo)致能量傳遞的損失。然而，在MIT的器件則以絕緣層為主，研究人員發(fā)現(xiàn)通過(guò)冷卻便能大幅減低損耗。