光學電路可復寫？新型納米材料首度實現全光學技術重寫波導

德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員開發了一種混合納米材料，能夠對光學元件進行寫入、擦除和重寫操作。研究人員認為，這種納米材料及開發技術可以用來創造新一代的光學芯片和電路。

在雜志《Nano Letters》發表的研究中，該德克薩斯團隊描述了如何通過從等離子體表面開始創建他們的新型混合納米材料的過程。

表面等離子體光子學是研究利用光子撞擊金屬表面時產生的電子密度振蕩的一門學科。這些類似波的振蕩電子被稱為表面等離子體激元。在這種情況下，金屬表面由覆蓋了嵌入有光感特性分子的聚合物層的鋁納米顆粒構成。

這些光致變色分子能夠和光發生量子相互作用，使的分子變得透明或不透明。在德克薩斯研究人員創造的光子電路中，金屬等離子體表面和光致變色分子代表兩個量子系統。在這個設計中，兩個量子系統之間的相互作用或耦合是非常強的。通過利用這些現象，研究人員創造了一個能夠控制光的方向的波導，對集成光子電路的設計至關重要。

研究人員首先使用綠色激光在納米材料中創建了他們的波導。然后，他們能夠使用UV光線擦除該波導，接著他們使用綠色激光重新寫入波導圖案。 研究團隊認為，這是人類首次能夠使用全光學技術來重寫波導。

“在我們的工作中，我們用混合等離子體波導作為一個量子系統，并將分子添加到聚合物作為第二個量子系統，” Linhan Lin，該研究的共同作者之一，在與IEEE Spectrum的電子郵件采訪中解釋道。“一旦這兩個量子系統之間發生強耦合作用，我們只需使用UV紫外線照射樣品，就能朝兩個不同的新方向改變混合等離子體波導的諧振頻率。”

根據Lin的說法，當樣品被UV紫外線照射的瞬間，混合等離子體波導在該諧振頻率下就不能工作了，或者換個說法，波導被擦除了。一旦綠色激光照射在樣品上（分子變得透明），諧振頻率將返回初值。“通過該途徑，我們獲得了波導的工作方式，所以說我們創建了波導，”Lin補充道。

當然，該可重寫光學系統的概念不是全新的; 它是以CD和DVD這類光學存儲介質為基礎的。但是，CD和DVD需要龐大的光源，光學介質和光檢測器來工作。 這里開發的可重寫集成光子電路的優點是可以應用在2-D材料上。

“為了開發可重寫的集成納米光子電路，人們必須能夠將光限制在二維（2-D）平面內，其中光可以在平面中進行長距離傳輸，而且在其傳播方向，幅度，頻率和相位上被任意控制，“ Yuebing Zheng，領導這項研究的一位德克薩斯大學教授，在采訪中說到。“我們的材料是一種混合物質，使開發可重寫的集成納米光子電路成為可能。“

一些工程應用需要等到這些可重寫的集成納米光子電路成熟完善。Lin解釋說，要將這項技術應用到實驗室之外，需要提高這種可重寫設備的穩定性，同時延長其使用壽命。 此外，還需要使混合等離子體波導的工作頻率與片上通信頻率匹配。

Zeng補充說：“我們的目標是開發超越波導的可重寫光學元件，這將導致可重寫光學濾波器，信道下降濾波器，延遲線，傳感器，激光器，調制器，色散補償器等的出現。 這些都是未來光子集成電路的關鍵組件。“

Via IEEE

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