研究人員為2D光波創(chuàng)建可重寫的光學(xué)組件

1884年，一位名叫埃德溫·阿伯特(Edwin Abbott)的校長和神學(xué)家撰寫了一部名為《平地》的中篇小說，講述了一個由有感的二維形狀構(gòu)成的世界的故事。Flatland旨在諷刺嚴(yán)格的維多利亞式社會規(guī)范，但長期以來吸引著數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家，并為許多思想實驗提供了背景。

一個這樣的思想實驗：如何在二維上控制光?

當(dāng)某種材料將光波限制在二維平面上時，它就變成了所謂的極化子 -一種使光與物質(zhì)之間的區(qū)別變得模糊的粒子。極化子對光電路的未來具有令人興奮的意義，因為與電子集成電路不同，集成光學(xué)器件很難用常用材料實現(xiàn)小型化。極化子可將光嚴(yán)格限制在納米級，甚至可能限制在幾個原子的厚度內(nèi)。

挑戰(zhàn)在于，我們當(dāng)前必須控制光的所有方式(透鏡，波導(dǎo)，棱鏡)都是三維的。

哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)應(yīng)用物理博士后研究員Michele Tamagnone說：“利用完全可重新編程的光路控制和限制光的能力對于未來高度集成的納米光子器件至關(guān)重要。” 。

現(xiàn)在，Tamagnone和SEAS的一組研究人員開發(fā)了用于表面光波的可擦寫光學(xué)組件。這項研究發(fā)表在《自然通訊》上。

2D鏡頭。圖片來源：哈佛SEAS

在先前的研究中，由費德里科·卡帕索(Federico Capasso)，應(yīng)用物理教授羅伯特·華萊士(Robert L. Wallace)和電氣工程高級研究員維頓·海斯(Vinton Hayes)擔(dān)任電氣工程高級研究員的團(tuán)隊展示了一種通過捕獲六方氮化硼薄片中的光來產(chǎn)生和控制極化子的技術(shù)。在這項研究中，研究人員將這些薄片放在稱為GeSbTe(GST)的材料的表面上，該材料與可擦寫CD和Blu-ray光盤的表面上使用的材料相同。

博士后研究員邢星輝說：“使用簡單的激光脈沖可將GST的可重寫特性用于記錄，擦除和重寫信息位。使用該原理，我們通過將透鏡，棱鏡和波導(dǎo)直接寫入材料層來創(chuàng)建透鏡，棱鏡和波導(dǎo)。”在SEAS上，也是該研究的第一作者。

這種材料上的透鏡和棱鏡不是我們這個世界中的三維物體，而是二維形狀，就像在Flatland中那樣。Flatland-esc材料上的極化子代替半球形透鏡，而是通過折射材料的平坦半圓充當(dāng)透鏡。極化子不是通過棱鏡而是通過三角形，而是通過光纖而不是光纖，而是通過一條簡單的線移動，該線沿著預(yù)定路徑引導(dǎo)波。

使用一種稱為近場顯微鏡的技術(shù)，該技術(shù)可以對遠(yuǎn)小于光波長的特征進(jìn)行成像，研究人員能夠在工作中看到這些成分。他們還首次證明可以擦除和重寫他們創(chuàng)建的光學(xué)組件。

卡帕索說：“這項研究可能會為諸如單分子化學(xué)傳感之類的應(yīng)用開發(fā)出新的芯片，因為我們可擦寫設(shè)備中的極化子對應(yīng)于分子具有其獨特的吸收指紋的光譜區(qū)域的頻率，”