近日，美国加州大学圣地亚哥分校研制出世界上最薄的光学装置——一种只有三层原子厚的波导。此项研究成果可将光学器件的尺寸比现在的器件缩小几个数量级，或将带来更高密度、更高容量的光子芯片。
加州大学圣迭戈分校纳米工程与电气工程系教授、论文高级作者 Ertugrul Cubukcu 表示：“从根本上说，我们展示了光波导可被打造的薄度极限。”
这款新型波导，厚度约为6 Å （埃米）（1 Å等于0.1 nm），比典型光纤薄1万倍，比集成光子电路中的片上光波导薄约500倍。波导由悬浮在硅框架上的二硫化钨单层（由夹在两层硫原子之间的一层钨原子组成）组成。单层由一系列纳米孔图案形成光子晶体。
波导结构的扫描电子显微镜图像：悬挂的二硫化钨单层刻有纳米孔。（图片来源：加州大学圣迭戈分校）
这种单层晶体的特殊之处在于，其在室温下可支持被称为激子的电子—空穴对。这些激子产生强烈的光学响应，使晶体的折射率大约是围绕其表面的空气的折射率的4倍。相比之下，具有相同厚度的另一种材料不具备如此高的折射率。当光线通过晶体传播时，它会被内部捕获并通过全内反射沿着平面传导。该波导的另一个特征是可在可见光谱中传导光。
蚀刻到晶体中的纳米孔允许一些光垂直于平面散射，从而得以观察和探测。这个孔阵列产生的周期性结构，使得晶体也成为谐振器。该系统不仅可以共振地增强光物质相互作用，还可作为二阶光栅耦合器将光耦合到光波导中。
光波导（optical waveguide），是引导光波在其中传播的介质装置。光波导的传输原理不同于金属封闭波导，在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。光通信系统中常见的光纤，就是波导的一种。除了通信应用之外，由于光纤的传输特性对外界温度以及压力等因素敏感，因此它还可以制成传感器，用于测量温度、压力、声场等物理量。
参考来源：科技日报、 IntelligentThings
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