众所周知，无论是我们通过网络看的视频还是利用手机APP进行银行交易转账，这些信息数据其实都是通过光纤、电缆对内容进行编码传输的。可以说，将光线从一个地方引导到另一个地方是信息时代的支柱。
和线缆相比，光纤更细，直径比头发丝还要细，所以带宽更大，传输容量就更高。不过科学家并不会止步于“头发丝”。美国芝加哥大学科学在最新一期《科学》杂志上发表论文称，他们研制出迄今最薄的芯片级光线路——二维（2D）波导。它是由二硫化钼制成的玻璃晶体。这款只有几个原子厚的玻璃晶体可捕获和携带光，而且效率惊人，可将光传播长达一厘米的距离，在光基计算领域，这是非常遥远的距离，有望为新技术开辟道路。
光线传播从3D到2D
芝加哥大学教授Jiwoong Park是论文主要作者，他不满足于光纤的“头发丝”级别的纤细，希望制作出更细、更平坦的股线来传导光。
在他的带领下，团队利用晶圆级二硫化钼（MoS2）制成玻璃晶体。这是一种单层的三原子厚波导。通过一系列创新实验发现，这块只有几个原子厚的玻璃晶体可以在毫米级距离上以低损耗和高效耦合下引导可见光和近红外光。
同时，这种极薄的波导使本质上是平面波的导波可以在沿面外方向受限的情况下，沿着波导的面内方向自由传播，表现得像是在2D空间内传播。
2D光子波导的魅力
那么， 2D光子波导与3D波导相比，除了更薄，还有什么区别呢？
在现有的3D波导中，光子是在波导内封闭传播的。就好像水通过管道一样，与外界完全隔离。
但是在新系统内，玻璃晶体实际上比光子本身更薄，所以光子的一部分在传播时会从晶体中“溢出”，这就呈现了一种光子没有被完全受限的场景。就像机场传送带上的手提箱，虽然被限制在固定路线上，但对周围环境是开放的。
这也使得利用这种玻璃晶体制造复杂的设备变得更加容易，因为光可以用透镜或棱镜轻易地移动。此外，由于光子还可在途中“感受”周围环境的信息，科学家也可使用这些波导在微观层面上制造传感器。
尽管要实现有效、大规模地生产二维光子电路仍然是一个挑战，但它的应用前景非常巨大。比如在集成光电技术上，2D波导的超薄性质能使其拥有更高的效率和速度；在电信技术上，2D波导的紧凑性和效率几乎可以重新定义通信设备。而鉴于这些2D波导中的光子可以与其环境相互作用，它可以用于开发完全新型的光电传感器。
总之，2D波导的出现是一次巨大革新，为新技术开辟了道路。
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编辑：李菁
