超构材料光子集成芯片研究再获新成果

http://www.youth.cn  2014-12-18 12:01:00  中国青年网

  “光”是世界上速度最快的信息载体,对光的捕获和操控,就成为人们孜孜追求的目标。南京大学物理学院刘辉教授所在的课题组,结合国家在光子集成方面的重大需求和超构材料国际前沿领域,在超构材料光子集成芯片研究方面率先提出纳米螺旋偏振器,用于调控光偏振信息;最早提出磁共振纳米波导,在纳米尺度下传递光信息;以及采用新技术制备光子黑洞微腔,实现高效率光子捕获与探测等,使得光信号的调制、传输、探测三个阶段获突破。

  超构材料是科学家模拟自然界中的材料,设计并制造的一种新型人工微结构材料。刘辉教授从事微结构光电功能器件与材料研究,在超构材料光子芯片方面,他和研究团队采用简单而巧妙的旋涂加热工艺,利用微球表面与聚合物薄膜接触的表面张力,在一块微小的光子芯片上,实现了折射率具有类似中心引力场分布的光学微腔。结果证明,与黑洞周围引力场“视界”类似,这种微腔也存在一种临界半径,当光子的传播路径通过临界半径包围的区域,光子就会被微腔捕获,而当光子的传播路径在临界半径区域之外,光子不会被捕获,只是路径发生弯曲,实验结果与理论很好的符合。国际著名超构材料专家Leonhardt教授评价这个工作是“第一次在光子芯片上,用简单的实验,精确而漂亮地演绎了爱因斯坦广义相对论所描述的部分思想”。该成果2013年发表在Nature Photonics 国际光学期刊上;2014年,被美国物理学年会评为推荐报告,被中国激光杂志社评为“2013年中国重要光学成果”。与以前的大多数窄带共振光学微腔相比,工作中报道的非共振光学微腔具有宽波段特性,可以捕获较宽的连续波段内的光子,这也发展了光学微腔一种新的功能,可以应用于光子芯片上的宽波段激光器,光电探测,光伏器件等。

  目前,刘辉和研究团队在光发射器方面,正努力将半导体发光材料集成在超构材料中,实现一种超小尺寸的光子芯片的纳米激光器。同时,研制将独立的光子器件集成在完整的超构材料光子芯片上,实现一个具有完整信息处理功能的超构材料光子芯片,并希望将他研制的超构材料光子芯片用于光子计算机。

编辑:刘鹏霄 来源:科技日报

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