超構(gòu)材料光子集成芯片研究再獲新成果

　　“光”是世界上速度快的信息載體，對光的捕獲和操控，就成為人們孜孜追求的目標(biāo)。南京大學(xué)物理學(xué)院劉輝教授所在的課題組，結(jié)合家在光子集成方面的重大需求和超構(gòu)材料際前沿領(lǐng)域，在超構(gòu)材料光子集成芯片研究方面率先提出納米螺旋偏振器，用于調(diào)控光偏振信息;早提出磁共振納米波導(dǎo)，在納米尺度下傳遞光信息;以及采用新技術(shù)制備光子黑洞微腔，實現(xiàn)高效率光子捕獲與探測等，使得光信號的調(diào)制、傳輸、探測三個階段獲突破。

　　超構(gòu)材料是科學(xué)家模擬自然界中的材料，設(shè)計并制造的一種新型人工微結(jié)構(gòu)材料。劉輝教授從事微結(jié)構(gòu)光電功能器件與材料研究，在超構(gòu)材料光子芯片方面，他和研究團(tuán)隊采用簡單而巧妙的旋涂加熱工藝，利用微球表面與聚合物薄膜接觸的表面張力，在一塊微小的光子芯片上，實現(xiàn)了折射率具有類似中心引力場分布的光學(xué)微腔。結(jié)果證明，與黑洞周圍引力場“視界”類似，這種微腔也存在一種臨界半徑，當(dāng)光子的傳播路徑通過臨界半徑包圍的區(qū)域，光子就會被微腔捕獲，而當(dāng)光子的傳播路徑在臨界半徑區(qū)域之外，光子不會被捕獲，只是路徑發(fā)生彎曲，實驗結(jié)果與理論很好的符合。際著名超構(gòu)材料專家Leonhardt教授評價這個工作是“一次在光子芯片上，用簡單的實驗，精確而漂亮地演繹了愛因斯坦廣義相對論所描述的部分思想”。該成果2013年發(fā)表在Nature Photonics 際光學(xué)期刊上;2014年，被美物理學(xué)年會評為推薦報告，被中激光雜志社評為“2013年中重要光學(xué)成果”。與以前的大多數(shù)窄帶共振光學(xué)微腔相比，工作中報道的非共振光學(xué)微腔具有寬波段特性，可以捕獲較寬的連續(xù)波段內(nèi)的光子，這也發(fā)展了光學(xué)微腔一種新的功能，可以應(yīng)用于光子芯片上的寬波段激光器，光電探測，光伏器件等。

　　目前，劉輝和研究團(tuán)隊在光發(fā)射器方面，正努力將半導(dǎo)體發(fā)光材料集成在超構(gòu)材料中，實現(xiàn)一種超小尺寸的光子芯片的納米激光器。同時，研制將獨立的光子器件集成在完整的超構(gòu)材料光子芯片上，實現(xiàn)一個具有完整信息處理功能的超構(gòu)材料光子芯片，并希望將他研制的超構(gòu)材料光子芯片用于光子計算機(jī)。