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      4. 利用超快激光實現隱形光子電路

        作者:實驗幫譯 來源:物理學家組織網 時間:2020-05-08 11:39 閱讀:133 [投稿]
        發現了一種與激光加工材料的電子共振有關的物理現象,該現象解決了RI的變化問題。利用這一新的概念,科學家們展示了具有微米級彎曲半徑的光子通道,這在三維空間中是不可能實現的。

        從小型生物傳感器和光譜儀到隱形器件和量子計算機,集成光子學的相關應用越來越受到人們的追捧。與光纖一樣,集成光子電路中的導光是通過局部增加材料的折射率(RI)來實現的。超快激光寫入是透明材料中唯一允許三維RI改性的技術,因此可以直接制備三維光子器件。繼90年代末激光首次在玻璃中寫入光子通道之后,人們相信這項技術將很快成為集成光子學制造的首選工具。然而,盡管進行了大量的努力,激光誘導的RI變化的幅度仍然有限,從而阻礙了需要高RI變化的彎曲光通道緊湊器件的制造。

        加拿大拉瓦爾大學光學、光子學和激光中心(COPL)的Jerome Lapointe博士及其同事在一篇發表在《光:科學與應用Light: Science & Applications》雜志上的新論文中發現了一種與激光加工材料的電子共振有關的物理現象,該現象解決了RI的變化問題。利用這一新的概念,科學家們展示了具有微米級彎曲半徑的光子通道,這在三維空間中是不可能實現的。例如,這項新技術有可能使三維光子學電路顯著小型化,使光子應用在同一芯片上的集成度更高,或增加光學量子計算機的容量。


        上圖中,a是超快激光寫入裝置。b是ZnSe晶體中激光寫入波導(水平線)頂視圖的顯微鏡圖像,可以通過不同顏色觀察。在光譜的紅色部分(約625nm),波導幾乎是看不見的。c、d、e,是光信息通過曲率半徑為363μm的彎曲波導。在這項工作之前,還沒有實現具有亞毫米彎曲的三維波導。

        這些科學家解釋了他們的發現:“我們發現飛秒激光脈沖可以局部和永久地改變材料的電子共振。根據數學定義,RI指數依賴于作為光頻率(或顏色)函數的材料的電子共振。然后我們證明光子電路可以利用這種現象在材料的透明區域。在這個區域里,RI(這是光子電路的基礎)的變化可以達到非常大的正值,從而允許在小型光子電路中進行光引導!

        歐洲科學家最近利用激光寫入技術制造了量子計算機組件。這些量子器件有5到10厘米長。我們的發現表明,同樣的量子器件可能要小10倍以上。這是非常有希望的,因為任何一臺計算機的計算能力都與芯片上組件的數量成正比。

        令人驚訝的是,科學家們觀察到,當紅光通過電路時,電路是看不見的。他們發現,根據材料和激光寫入條件,某些顏色的電路變得不可見?茖W家們用暗示電子共振變化的同樣理論解釋了這一現象。這一新概念為隱形光子應用鋪平了道路,這些應用可以被放置在手機屏幕、汽車擋風玻璃和工業顯示器上。

        “我們發現,由電子共振變化引起的正RI變化可以精確地補償由結構膨脹引起的負RI變化(兩者都是由激光寫入引起的),從而導致某些顏色的零RI變化。據我們所知,這是一種直接制造隱形結構的新概念!翱茖W家們預測,工作頻率的高RI變化和多種頻率的不可見性的有益結合,可能有助于在手機屏幕上實現一些隱身的應用。

        原文鏈接:https://phys.org/news/2020-05-invisibility-concept-miniaturization-photonic-circuits.html 

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