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深度解讀

利用超快激光實現隱形光子電路

星之球科技 來源:騰訊網2020-05-08 我要評論(0 )   

上圖中,a是超快激光寫(xie) 入裝置。b是ZnSe晶體(ti) 中激光寫(xie) 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...

上圖中,a是超快激光寫(xie) 入裝置。b是ZnSe晶體(ti) 中激光寫(xie) 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(wei) 363μm的彎曲波導。在這項工作之前,還沒有實現具有亞(ya) 毫米彎曲的三維波導。


從(cong) 小型生物傳(chuan) 感器和光譜儀(yi) 到隱形器件和量子計算機,集成光子學的相關(guan) 應用越來越受到人們(men) 的追捧。與(yu) 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(xie) 入是透明材料中唯一允許三維RI改性的技術,因此可以直接製備三維光子器件。繼90年代末激光首次在玻璃中寫(xie) 入光子通道之後,人們(men) 相信這項技術將很快成為(wei) 集成光子學製造的首選工具。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(cong) 而阻礙了需要高RI變化的彎曲光通道緊湊器件的製造。


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(yu) 應用Light: Science & Applications》雜誌上的新論文中發現了一種與(yu) 激光加工材料的電子共振有關(guan) 的物理現象,該現象解決(jue) 了RI的變化問題。利用這一新的概念,科學家們(men) 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。


這些科學家解釋了他們(men) 的發現:“我們(men) 發現飛秒激光脈衝(chong) 可以局部和永久地改變材料的電子共振。根據數學定義(yi) ,RI指數依賴於(yu) 作為(wei) 光頻率(或顏色)函數的材料的電子共振。然後我們(men) 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(ge) 區域裏,RI(這是光子電路的基礎)的變化可以達到非常大的正值,從(cong) 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(xie) 入技術製造了量子計算機組件。這些量子器件有5到10厘米長。我們(men) 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(wei) 任何一台計算機的計算能力都與(yu) 芯片上組件的數量成正比。


令人驚訝的是,科學家們(men) 觀察到,當紅光通過電路時,電路是看不見的。他們(men) 發現,根據材料和激光寫(xie) 入條件,某些顏色的電路變得不可見。科學家們(men) 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(wei) 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(ye) 顯示器上。


“我們(men) 發現,由電子共振變化引起的正RI變化可以精確地補償(chang) 由結構膨脹引起的負RI變化(兩(liang) 者都是由激光寫(xie) 入引起的),從(cong) 而導致某些顏色的零RI變化。據我們(men) 所知,這是一種直接製造隱形結構的新概念。“科學家們(men) 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,可能有助於(yu) 在手機屏幕上實現一些隱身的應用。


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