[據(jù)物理學(xué)組織網(wǎng)站2017年10月9日?qǐng)?bào)道] 美國(guó)哈佛大學(xué)約翰•波爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院開(kāi)發(fā)出與硅基光子集成技術(shù)相兼容的零折射率波導(dǎo)，并觀察到駐波。研究成果發(fā)表在《ACS光子學(xué)》期刊。

此前，2015年10月，約翰•波爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院開(kāi)發(fā)出首個(gè)零折射率片上超材料，可以使光相位無(wú)限拉伸。超材料可作為操控光的新方法，使實(shí)現(xiàn)光子集成電路的重要一步。當(dāng)光波長(zhǎng)通過(guò)材料時(shí)，波峰和波谷會(huì)被壓縮或拉伸，這取決于材料性質(zhì)。人們采用折射率表示波峰被壓縮了多少，折射率越高，光波長(zhǎng)越小。當(dāng)折射率減小到零時(shí)，光波可被無(wú)限拉長(zhǎng)，相位恒定。相位振蕩僅是時(shí)間的變量，而與空間無(wú)關(guān)。該技術(shù)對(duì)于光子集成非常有幫助。因?yàn)榇蟛糠止馄骷猛絺鞑サ膬蓚€(gè)或多個(gè)光波間的相互作用。如果光波長(zhǎng)是無(wú)限長(zhǎng)的，那么就不存在光波長(zhǎng)相位匹配問(wèn)題，每一點(diǎn)的光場(chǎng)分布均相同。2015年，研究人員利用棱鏡測(cè)試片上光波長(zhǎng)是否被無(wú)限拉伸，因而所有的器件均做成棱鏡的形狀。但是，棱鏡對(duì)集成電路來(lái)說(shuō)不是特別有用的形狀。因此，研究人員希望開(kāi)發(fā)出能直接與現(xiàn)有光子電路相集成的器件，顯然，最有用的形狀是直線或者波導(dǎo)形狀。

在不借助棱鏡的情況下，由Eric Mazur教授主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種波導(dǎo)。然而，證明波導(dǎo)折射率為零是相當(dāng)困難的。這時(shí)，博士后研究員Orad Reshef和Philip Camayd-Muñoz有一個(gè)想法：通常，光波長(zhǎng)非常小并且振蕩得很快，只能測(cè)量平均值。觀察到光波長(zhǎng)的唯一方法是用兩束光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。想象一下吉他上的固定在兩邊的琴弦，當(dāng)琴弦被波動(dòng)時(shí)，聲波通過(guò)琴弦撞到另一邊的針腳并被反射回來(lái)，由此產(chǎn)生頻率相同、傳輸方向相反的兩列波，稱為“駐波”。Orad Reshef博士和Philip Camayd-Muñoz博士將這一想法用于波導(dǎo)中的光束。研究人員從波導(dǎo)相反方向照射光束“固定”光，產(chǎn)生駐波。每束光波仍快速振蕩，但是方向相反，頻率相同，這意味著在某一點(diǎn)兩束光波相抵消或者相疊加，產(chǎn)生明暗條紋。由于波導(dǎo)的折射率為零，研究人員可以使波長(zhǎng)拉伸得足夠大，從而被觀察到。這可能是第一次利用無(wú)限波長(zhǎng)觀察到駐波。光波長(zhǎng)非常小，難以直接觀察到，采用該技術(shù)可利用普通的顯微鏡觀察到光波長(zhǎng)。

該技術(shù)有益于硅基光子集成，未來(lái)量子計(jì)算機(jī)能基于受激原子網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)光子傳遞信息，原子的作用范圍大致相當(dāng)于光波長(zhǎng)。通過(guò)使光波長(zhǎng)變得非常大，研究人員有望通過(guò)遠(yuǎn)距離作用，擴(kuò)展量子器件。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所   許文琪）