“光”是世界上速度最快的信息載體，對(duì)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)合國(guó)家在光子集成方面的重大需求和超構(gòu)材料國(guó)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；最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(shí)現(xiàn)高效率光子捕獲與探測(cè)等，使得光信號(hào)的調(diào)制、傳輸、探測(cè)三個(gè)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(jì)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(duì)采用簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)了折射率具有類(lèi)似中心引力場(chǎng)分布的光學(xué)微腔。結(jié)果證明，與黑洞周?chē)?chǎng)“視界”類(lèi)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(guò)臨界半徑包圍的區(qū)域，光子就會(huì)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(huì)被捕獲，只是路徑發(fā)生彎曲，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論很好的符合。國(guó)際著名超構(gòu)材料專(zhuān)家Leonhardt教授評(píng)價(jià)這個(gè)工作是“第一次在光子芯片上，用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，精確而漂亮地演繹了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論所描述的部分思想”。該成果2013年發(fā)表在Nature Photonics 國(guó)際光學(xué)期刊上；2014年，被美國(guó)物理學(xué)年會(huì)評(píng)為推薦報(bào)告，被中國(guó)激光雜志社評(píng)為“2013年中國(guó)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(bào)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(cè)，光伏器件等。
目前，劉輝和研究團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)一種超小尺寸的光子芯片的納米激光器。同時(shí)，研制將獨(dú)立的光子器件集成在完整的超構(gòu)材料光子芯片上，實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(jì)算機(jī)。
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