納米級(jí)光聚焦技術(shù)獲得突破

把光壓縮到盡可能小的空間—這是在把微型裝置集成到一張光子晶片時(shí)需考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。美國(guó)加利福尼亞的科學(xué)家已制成了一個(gè)微型電漿子波導(dǎo)，能將近紅外光“通過(guò)納米技術(shù)聚焦”到一個(gè)不足100 nm寬的點(diǎn)。

帕薩迪納市加州理工學(xué)院的電氣工程副教授即本論文的首席作者 Hyuck Choo說(shuō)，這種錐形結(jié)構(gòu)是由夾在兩層金箔之間的二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的，其總長(zhǎng)＜2 μm。波導(dǎo)將光壓縮在垂直于輻射傳播方向的兩個(gè)維度上。

計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程揭示了這種錐形結(jié)構(gòu)形成納米聚焦的光學(xué)幾何原理。該裝置的底部是平的，便于片上操作，而側(cè)面和頂部則呈從前到后逐漸變窄的形式。

Choo說(shuō)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)是在這個(gè)微型裝置上生成一個(gè)正錐形。首先，研究人員在一塊熔融的SiO2基板上制作了一張50 nm厚的金箔。接著，利用“電子束感應(yīng)沉積”法將SiO2分層堆積成正錐形，然后將另一張厚50 nm的金箔放在絕緣體的頂部。最后，采用“聚焦離子束銑削”技術(shù)修整該裝置的側(cè)面。

在實(shí)驗(yàn)中，將飛秒激光器發(fā)出的830 nm光聚焦到一個(gè)14 nm×80 nm的點(diǎn)上，這樣，光束的強(qiáng)度比原光束增強(qiáng)了400倍。經(jīng)計(jì)算，錐形波導(dǎo)能形成的最小光點(diǎn)可達(dá) 2 nm(寬)×5 nm(長(zhǎng))，然而研究人員在實(shí)驗(yàn)中尚未獲得這樣的光點(diǎn)。

根據(jù)Choo的說(shuō)法，采用納米聚焦技術(shù)的波導(dǎo)將會(huì)被用于電信和生物醫(yī)學(xué)成像。

Choo和加州理工學(xué)院的博士后副研究員Myung-Ki Kim與勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及加州大學(xué)伯克利分校的同事們一起參與了這個(gè)項(xiàng)目。