一項將光學(xué)信號聚焦至***精度的新技術(shù)可能會帶來更高效的電子系統(tǒng)和更高分辨率的成像設(shè)備。

美國加州理工學(xué)院(California Institute of Technology (Caltech))的工程師們找到了一種方法可以產(chǎn)生比光自身波長小卻能傳輸同等信號的光束。

這項技術(shù)有助于實現(xiàn)通過更窄的光束來傳輸數(shù)據(jù)，以增加光學(xué)通信的帶寬，同時這也為體積更小、耗能更少的光學(xué)設(shè)備的出現(xiàn)做好了鋪墊。

研究人員發(fā)明了一種2nm長的波導(dǎo)裝置，通過既聚焦光線——僅允許大約一半的光子通過——也聚焦光線在其內(nèi)部產(chǎn)生的振動，該裝置可以使光線尺寸接近自然的極限。

這種第二類信號來源于該裝置的二氧化硅結(jié)構(gòu)和其金鍍膜之間電子的振蕩，也被稱為“表面等離子體激元(SPPs)”。

由于表面等離子體激元(SPPs)是直接與光相耦合，它們(與傳統(tǒng)信號相比)攜帶同等的信息和屬性，也發(fā)揮代理信號的作用，即使許多光子在穿越波導(dǎo)裝置時被吸收和散射。

之前的納米聚焦設(shè)備(與此相比)顯得效率極低，其通常只將幾個百分比的光子聚焦至一條窄的光線內(nèi)。

新的波導(dǎo)裝置能夠在三個維度上聚焦光線，產(chǎn)生直徑只有幾個納米的光點并且只需利用一半的光線。將光線聚焦為一個稍大的點，尺寸約為14nm×80nm，使得效率提高到了70%。

“該裝置是通過標準納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片上實現(xiàn)的，因此很容易與現(xiàn)有的技術(shù)相兼容。”該項目的協(xié)作領(lǐng)導(dǎo)人以及《自然—光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上一篇相關(guān)文章的合著者Hyuck Choo說道。

這種波導(dǎo)裝置在改善光學(xué)數(shù)據(jù)通信的同時也可以用來制造高分辨率的成像設(shè)備。

例如，它可以將很細的光束聚焦到含有熒光蛋白的生物細胞上。細胞內(nèi)的染色分子可以以很高的分辨率將其標示出來。

由于光線穿過該波導(dǎo)裝置會向反方向傳播，它也可以用來制造高分辨率的顯微鏡。

該裝置(波導(dǎo)管)的成型由一連串高能鎵離子將不需要的金鍍膜層和二氧化硅結(jié)構(gòu)炸開而實現(xiàn)。

其它的應(yīng)用還包括產(chǎn)生極細的激光束加熱磁性硬盤的局部區(qū)域以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。就當前的技術(shù)而言，每平方英寸的磁盤僅可以存儲一個字節(jié)的信息，而納米聚焦設(shè)備則可以將每平方英寸的存儲容量提升至50字節(jié)。

研究報告的另一位合著者，Myung-Ki Kim，說：“我們的新設(shè)備是基于基礎(chǔ)研究的，但我們希望它能成為許多潛在、革命性工程應(yīng)用的元件。”

下一步是優(yōu)化設(shè)計并著手研發(fā)成像設(shè)備和傳感器，Choo說道。