比传统元件尺寸小数千倍的光漩涡器件芯片问世

 

在硅基光波导芯片上首次集成“漩涡光束”发射器件阵列，使人们在小尺寸的发射器件也能够大量地制造出“龙卷风状”的漩涡光束，这使得科学界一直在探索的量子计算机有了实现的可能这是最新一期《科学》杂志及其期刊网站主页作为封面报道的科研成果。这项开创性研究成果，是复旦大学信息学院通信系、ASIC国家重点实验室博士生朱江波参与其导师复旦大学长江讲座教授余思远教授领导的，英国、中国四所大学研究团队合作进行的一项集成光子学方面课题获得的。

人类自古以来就研究光，大多数人心目中的光有直射和折射的特点，但是在1992年，荷兰莱顿大学发现了漩涡光束，这成为古老光科学的最新发展。漩涡光束有很多奇妙的性质：与传统概念相悖，在漩涡光束中，光线不是直线传播，而是以螺旋线方式在一个空心的圆锥形光束中传播。因此这种光束看起来很像一个漩涡或者龙卷风，其中的光线可以向左或向右扭转。这些特殊性质在光通信技术、量子信息技术、传感、成像、微纳操控技术、芯片等领域具有非常广泛的应用前景。

据介绍，当这些光与物质相互作用时，可以在物质上保持一个扭矩力，因此它能被用作“光学扳手”，对微粒或液滴进行旋转和囚禁。不同程度的扭曲也可用来传输信息，并增加光学通信线路的容量。此外，利用这些光进行成像和传感的应用也在研发之中。

漩涡光束发现20年来，传统上一直用各种体光学元件来产生这种光束，但对于很多应用，特别在很小区域内需要大量漩涡光束的情况下，则非常不方便。

此次联合课题组发明的新发射器只有几微米大，比传统的元件尺寸要小数千倍。它们以硅光波导为基础，可以利用标准的集成电路制造技术制成。这种集成设备和系统能够开拓有关光学漩涡的全新应用：其能轻易地互相连接，形成光子集成电路中复杂的大型阵列，并被用于通信、传感和微粒操控等领域。这一突破将使得人们能够大规模、低成本制作光漩涡器件芯片，从而开发出原来不可能实现的许多全新应用。