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【研究进展】最薄的光学器件在美面世

12月16日 12:00 分享到:

图 波导结构的SEM

美国加州大学圣迭戈分校的研究团队开发出最薄的光学器件——仅有三个原子层厚度的波导,比现有的器件小了几个数量级。有望推动更高密度和容量的光子芯片的发展。

研究人员利用微纳制造技术,在由硅框架支撑的氮化硅薄膜上形成纳米孔阵列图案,从而形成模板,再将单层WS2晶体转移至膜上进行刻蚀,最终得到的波导由悬浮在硅框架上的WS2单层组成,厚度约为,比典型的光纤要薄10000倍,比集成光子电路中的片上光波导薄500倍。

这种单层晶体的特殊之处在于,室温下可支持称为激子的电子-空穴对。这些激子能产生强的光学响应,使晶体折射率大约是围绕其表面的空气折射率的四倍。相比之下,相同厚度的其他材料不具备这么高的折射率。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,能在可见光谱中传导光。

刻蚀到晶体中的纳米孔允许一些光垂直于平面散射,从而可以被观察和探测。这个孔阵列产生的周期性结构,使得晶体还可作为谐振器。该系统不仅可以共振地增强光物质相互作用,还可以作为二阶光栅耦合器将光耦合到光波导中。 

相关研究工作发表在NatureNanotechnology

 

中科院武汉文献情报中心供稿