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超级透镜可将光压缩到纳米级
2020-06-24 00:06
来源:科技日报
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  据近日的莫斯科技术物理研究所新闻公告称,俄罗斯和丹麦科学家首次在实验中观察到等离激元纳米颗粒现象。这一现象能使光聚集到纳米级范围内,同时,在理论上可规避传统聚光镜的一大基本局限——衍射极限问题。利用超级透镜对光波进行压缩,可以研发速度超过电子设备的更小型信息载体设备。相关研究成果发表在《光学通讯》杂志上。

  众所周知,电子的质量很小,但不等于零,因此无法立即使其运动。如果微电路使用光子代替电子,信号传输的速度会更快。现在无法想象用光子产品代替电子微芯片,因为这样的设备需要更小的尺寸。小型设备需要在更小的范围内控制光子,使光波局限在最小范围。理想情况下需要将光聚集到小于波长50%的范围内,这是常规透镜无法做到的,因为已经突破衍射极限。

  莫斯科技术物理研究所、俄罗斯科学院微波半导体电子研究所和丹麦的科研人员合作,研发出一种超级透镜,它能将光转化成初始辐射长度60%的特殊电磁波的形式,并能克服衍射极限问题。研究人员制成的集约型金属透镜是一块长宽5微米、厚度为0.25微米的方形电介质。透镜安置在厚0.1微米金膜上,而在金膜的反面镶嵌光栅。

  莫斯科物理技术学院光子学和二维材料中心主任瓦连京·沃尔科夫解释说,用激光脉冲照射上述金膜时,金膜和电介质之间的界面会产生等离极化激元,这是一种特殊的电磁振荡现象,这种转换使得表面等离激元极化子可以在亚波长下聚焦,也就是说局部照射比原激光脉冲更强。

  俄罗斯科学院微波半导体电子研究所副所长、莫斯科物理技术学院二维材料和纳米器件实验室首席研究员德米特里·波诺马廖夫解释超透镜的压缩光波原理时称,他们用计算机建模来选择合适尺寸的介电粒子和金表面衍射光栅的特性,发现表面的等离激元波在电介质的边缘和中心处相位速度不同,从而形成了等离激元纳米结构——高密度极化子等离激元区域。他说,这样可以对局部进行纳米级的强光波照射来实现在芯片上集成光子和等离激元设备,这样的信号载体设备输送信号的速度比同类电子产品要快得多。

  总编辑圈点

  一个物点经光学系统成像,由于衍射限制,得到的其实是一个光斑。若两个斑靠得太近,就会不好区分。要想突破它,就只能另辟蹊径,用新方法或者新材料。俄罗斯科研人员尝试将光转化成初始辐射长度60%的电磁波,突破衍射极限。费这么大劲,是因为如果能用光信号取代电信号来进行信息处理,跑得飞起的光子能大幅提升计算机运行速度,也能大幅降低计算机功耗。只是因为干涉问题存在,光芯片和光计算机的微型化还有很长的路要走。(记者董映璧)

 

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