一種微小到肉眼幾乎難以看見的器件，可能成為未來光學(xué)傳感芯片的關(guān)鍵。美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校研究團(tuán)隊(duì)研制出一種高性能“跑道型”光學(xué)微型諧振器，可大幅降低光損耗，為化學(xué)檢測(cè)、導(dǎo)航設(shè)備甚至量子測(cè)量等應(yīng)用打開了大門。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《應(yīng)用物理快報(bào)》雜志。

微型諧振器可理解為一個(gè)“困住光”的微型裝置。光在其中不斷循環(huán)，強(qiáng)度逐漸累積。當(dāng)光足夠強(qiáng)時(shí)，科學(xué)家便能利用它完成各種特殊的光學(xué)操作。論文第一作者布賴特·盧介紹，他們的目標(biāo)是讓這種器件在更低光功率下也能高效運(yùn)行。

團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了“跑道型”諧振器，這種器件因其細(xì)長(zhǎng)形狀類似跑道而得名。他們特別采用了一種名為“歐拉曲線”的平滑曲線設(shè)計(jì)，這種曲線常見于公路和鐵路，因?yàn)槠囋诟咚傩旭倳r(shí)無法突然直角轉(zhuǎn)彎，光在傳播時(shí)也一樣，若彎折過急就會(huì)“滑脫”。

采用這種平滑彎道可大幅降低光損耗，使光子能在諧振器內(nèi)部停留更長(zhǎng)時(shí)間，從而增強(qiáng)相互作用。如果光損耗太多，諧振器就無法積累足夠強(qiáng)的光，性能也會(huì)大打折扣。

這種微型諧振器在潔凈室中通過電子束光刻技術(shù)制備。與傳統(tǒng)光刻受光波長(zhǎng)限制不同，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)精度，適合加工微尺度光學(xué)結(jié)構(gòu)。由于器件尺寸極小，微小灰塵或缺陷都可能影響光的傳播，因此潔凈環(huán)境至關(guān)重要。

材料選擇同樣關(guān)鍵。團(tuán)隊(duì)使用了一類硫族化物半導(dǎo)體玻璃材料。這類材料透明度高、非線性特性強(qiáng)，非常適合光子學(xué)器件。不過，它們?cè)诩庸み^程中較為困難，需要在性能與制造難度之間找到平衡。通過減少?gòu)澢鷵p耗，團(tuán)隊(duì)成功造出了超低損耗器件，其性能可與當(dāng)前先進(jìn)材料平臺(tái)相媲美。

研究團(tuán)隊(duì)表示，未來這種微型諧振器有望成為光子系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，可用于微型激光器、生化傳感器以及量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，最終目標(biāo)是把這種技術(shù)發(fā)展為可規(guī)?；圃斓墓鈱W(xué)芯片。