據近日的莫斯科技術物理研究所新聞公告稱,俄羅斯和丹麥科學家首次在實驗中觀察到等離激元納米顆粒現象。這一現象能使光聚集到納米級范圍內,同時,在理論上可規避傳統聚光鏡的一大基本局限——衍射極限問題..." />
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超級透鏡可將光壓縮到納米級
2020-06-24 00:06
來源:科技日報
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  據近日的莫斯科技術物理研究所新聞公告稱,俄羅斯和丹麥科學家首次在實驗中觀察到等離激元納米顆粒現象。這一現象能使光聚集到納米級范圍內,同時,在理論上可規避傳統聚光鏡的一大基本局限——衍射極限問題。利用超級透鏡對光波進行壓縮,可以研發速度超過電子設備的更小型信息載體設備。相關研究成果發表在《光學通訊》雜志上。

  眾所周知,電子的質量很小,但不等于零,因此無法立即使其運動。如果微電路使用光子代替電子,信號傳輸的速度會更快。現在無法想象用光子產品代替電子微芯片,因為這樣的設備需要更小的尺寸。小型設備需要在更小的范圍內控制光子,使光波局限在最小范圍。理想情況下需要將光聚集到小于波長50%的范圍內,這是常規透鏡無法做到的,因為已經突破衍射極限。

  莫斯科技術物理研究所、俄羅斯科學院微波半導體電子研究所和丹麥的科研人員合作,研發出一種超級透鏡,它能將光轉化成初始輻射長度60%的特殊電磁波的形式,并能克服衍射極限問題。研究人員制成的集約型金屬透鏡是一塊長寬5微米、厚度為0.25微米的方形電介質。透鏡安置在厚0.1微米金膜上,而在金膜的反面鑲嵌光柵。

  莫斯科物理技術學院光子學和二維材料中心主任瓦連京·沃爾科夫解釋說,用激光脈沖照射上述金膜時,金膜和電介質之間的界面會產生等離極化激元,這是一種特殊的電磁振蕩現象,這種轉換使得表面等離激元極化子可以在亞波長下聚焦,也就是說局部照射比原激光脈沖更強。

  俄羅斯科學院微波半導體電子研究所副所長、莫斯科物理技術學院二維材料和納米器件實驗室首席研究員德米特里·波諾馬廖夫解釋超透鏡的壓縮光波原理時稱,他們用計算機建模來選擇合適尺寸的介電粒子和金表面衍射光柵的特性,發現表面的等離激元波在電介質的邊緣和中心處相位速度不同,從而形成了等離激元納米結構——高密度極化子等離激元區域。他說,這樣可以對局部進行納米級的強光波照射來實現在芯片上集成光子和等離激元設備,這樣的信號載體設備輸送信號的速度比同類電子產品要快得多。

  總編輯圈點

  一個物點經光學系統成像,由于衍射限制,得到的其實是一個光斑。若兩個斑靠得太近,就會不好區分。要想突破它,就只能另辟蹊徑,用新方法或者新材料。俄羅斯科研人員嘗試將光轉化成初始輻射長度60%的電磁波,突破衍射極限。費這么大勁,是因為如果能用光信號取代電信號來進行信息處理,跑得飛起的光子能大幅提升計算機運行速度,也能大幅降低計算機功耗。只是因為干涉問題存在,光芯片和光計算機的微型化還有很長的路要走。(記者董映璧)

 

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