東莞學(xué)院化學(xué)大學(xué)、光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董建文院士研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出具有抗散射、大帶寬、高精度的硅基能谷光子晶體，并實(shí)現(xiàn)了光通訊波段拓?fù)?/a>光子路由。該成果以“A-on-slabfor”為題，于2019年2月20日在線發(fā)表在《自然-通信》（）。
大數(shù)據(jù)和下一代通訊技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)估算、信息處理和傳輸速率的要求不斷提升物理實(shí)驗(yàn) 微盤，新型光信息傳輸/處理的維度和自由度將成為后摩爾時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)核心。在傳統(tǒng)框架下，不少光傳輸問題遭到根本數(shù)學(xué)原理阻礙而未能在集成光電子領(lǐng)域獲得實(shí)質(zhì)性突破。常年以來，微納光子元件中的光波導(dǎo)大角度拐彎、制備偏差導(dǎo)致的缺陷和無序等，會(huì)形成強(qiáng)烈散射耗損，進(jìn)而影響了光信息的傳輸性能。人們希望從數(shù)學(xué)源頭出發(fā)，能提出新型抗散射機(jī)制來獲得整體上的高保真光傳輸性能，這剛好與近些年盛行的拓?fù)涔庾訉W(xué)（）內(nèi)涵相吻合。
拓?fù)鋵W(xué)關(guān)注的是幾何物體在連續(xù)形變下保持的全局性質(zhì)，它只關(guān)注物體之間的位置關(guān)系而不考慮它們的大小和形狀。對(duì)于拓?fù)?a href='http://www.njxqhms.com/redianxinxi/32609.html' title='英國物理學(xué)家麥克斯韋：電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來' target='_blank'>光學(xué)結(jié)構(gòu)而言，空間上缺陷和無序只會(huì)造成局部參數(shù)空間變化物理實(shí)驗(yàn) 微盤，不影響該空間的全局性質(zhì)。為此，光子態(tài)的性質(zhì)十分穩(wěn)定，對(duì)微納制備偏差有較高的容忍度。雖然已有豐富的研究，但因?yàn)閿?shù)學(xué)原理或材料屬性等方面的限制，大多數(shù)仍集中在微波宏觀尺度，無法直接推廣到光波段和微納光學(xué)系統(tǒng)，阻礙了拓?fù)涔庾訉W(xué)與微納光子學(xué)之間的融合發(fā)展。
針對(duì)這一困局，該研究團(tuán)隊(duì)借助能谷-贗載流子耦合原理，在絕緣層硅（SOI，-on-）上制備出能谷光子晶體平板。該拓?fù)涔鈱W(xué)結(jié)構(gòu)具有~40nm的特點(diǎn)規(guī)格，其光子模式（因工作于光錐以下）才能較好地局域在平板內(nèi)，抑制了平板外耗損。她們制備了直線形、Z形和Ω形等三種拓?fù)涔鈱W(xué)通道，檢測(cè)出高透平頂透射波譜帶，否認(rèn)了近紅外波段下拓?fù)浔Ｗo(hù)的寬帶抗散射傳輸。采用硅微盤技術(shù)形成相位渦旋源，無需高溫和強(qiáng)磁等極端環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了拓?fù)浣缑鎽B(tài)的選擇性迸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了亞微米量級(jí)耦合寬度的寬帶光子路由行為，驗(yàn)證了能谷-贗載流子耦合等拓?fù)涔鈱W(xué)原理。
在硅基平臺(tái)上否認(rèn)拓?fù)涔庾訉W(xué)原理，是目前國際學(xué)術(shù)前沿的聚焦度較高的領(lǐng)域之一。研究團(tuán)隊(duì)過去在拓?fù)涔庾訉W(xué)原理方面的工作，多次引發(fā)國際同行關(guān)注，論文榮獲ESI高被引。該工作中，她們深入系統(tǒng)地發(fā)展出硅基拓?fù)涔鈱W(xué)等關(guān)鍵理論，攻破了數(shù)十納米加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)，率先在硅基光子平臺(tái)與拓?fù)涔庾訉W(xué)之間構(gòu)建了聯(lián)系，突破了單一自由度調(diào)控的傳統(tǒng)框架，提出了硅基中多自由度耦合的多維調(diào)控新機(jī)制，為微納光學(xué)與光子學(xué)、光晶閘管等關(guān)鍵光子芯片元件、混合集成光子學(xué)、高保真光量子信息光學(xué)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域，提供了新技巧和新思路。
該研究工作由董建文院士研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成（佛山學(xué)院為惟一署名單位），第一作者為什么辛濤特聘副研究員，兩名研究生（梁恩濤和袁嘉俊）為共同第一作者。該工作得到教育部青年黃河、國家優(yōu)青基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目，以及光電材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和化學(xué)大學(xué)的大力支持。
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