撰稿 | 陈锦辉，熊毅丰
低光学损耗的氧化硅光纤是现代光通讯网络的基础，光纤在分布式传感、内窥成像、非线性光学等领域也具有重要应用。由于氧化硅光纤内禀的光-物质相互作用很弱，传统的光纤器件不仅沿着光传播方向尺寸非常大，而且有源集成的光纤器件一直发展缓慢。纵观光纤技术的演化，人工微纳结构和功能性材料集成是两大重要驱动力：从几何尺寸上，亚波长光纤波导既有效降低器件尺寸，而经典衍射极限赋予的波导表面倏逝场也提供了微纳尺度下光-物质相互作用的通道；从结构上，一维和二维光子晶体结构的引入催生了光纤布拉格光栅、光子晶体光纤等，拓展光纤器件的光场操控能力；从材料上，多功能性材料集成则促进了有源光纤器件的发展，而最近兴起的二维材料具有优异的光、电、力、热等性质，在光纤集成器件具有巨大发展潜力。
近日，南京大学徐飞教授和陆延青教授、厦门大学陈锦辉副教授、南京大学博士生熊毅丰，在期刊Light: Science & Applications上发表题为“Silica optical fiber integrated with two-dimensional materials: towards opto-electro-mechanical technology” 的综述。该文章系统地总结了二维材料集成氧化硅光纤在光电子器件的最新进展。文章先详细介绍氧化硅及几种二维材料的光电及力学性质，分析不同光纤结构的光学特性与材料集成策略，之后总结光纤-二维材料集成体系在偏振控制、发光器件、调制器、探测器、传感器和非线性光学器件等方向的进展。
图1. 二维材料及异质结集成光纤的结构设计。
对于该领域的机遇与挑战，他们认为：“大规模制备和可靠性封装是光纤外部集成器件亟需解决的问题。目前二维材料机械转移方法不适用于规模化制备，并且转移过程容易引入电子/空穴掺杂和结构缺陷；另一方面，二维材料器件性能容易受到外界环境影响。幸运的是，基于化学气相沉积法原位制备二维材料光纤器件的技术已经兴起，同时高精度的二维材料油墨打印（ink printing）技术也提供了新的解决方案。六方氮化硼等材料在可靠性封装也取得了重要进展”，“光纤器件在新材料和结构集成研究仍有很大的发展空间，例如二维范德华异质结具有奇异的电子和光学性质，将赋予传统光纤器件新的功能；另外，在全光纤量子光源产生与量子态操控领域也有值得进一步研究”。
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