缩小的光： 波导方案可实现高度约束的亚纳米级光场
发布时间：2023-07-18 08:00:00 阅读数： 116
在耦合纳米线对中，光被极度束缚在纳米光中。资料来源：浙江大学纳米光子学研究组
想象一下，将光缩小到一个微小水分子的大小，开启一个充满可能性的量子世界。这一直是光科学和技术领域的一个夙愿。浙江大学的研究人员在将光限制在亚纳米尺度上取得了突破性进展。
传统上，有两种方法可以将光定位到典型的衍射极限之外：介质约束和等离子体约束。然而，精密制造和光学损耗等挑战阻碍了将光场限制在10纳米以下甚至1纳米的水平。但现在，《先进光子学》（Advanced Photonics）杂志报道的一种新型波导方案有望释放亚纳米级光场的潜力。
想象一下：光从一根普通光纤出发，经过光纤锥，在耦合纳米线对（CNP）中找到它的目的地。在CNP中，光转变为非凡的纳米狭缝模式，产生的封闭光场可小至仅为纳米的几分之一（约0.3纳米）。这种新方法具有高达95%的惊人效率和高峰值-背景比，提供了一个全新的可能性世界。
新的波导方案将波导范围扩展到了中红外光谱范围，进一步推动了纳米宇宙的发展。光学约束现在可以达到约0.2纳米（λ/20000）的惊人尺度，为探索和发现提供了更多机会。
在纳米狭缝模式下产生亚纳米约束光场的波导方案。(a) CNP波导方案示意图。(b) 纳米狭缝模式横截面场强分布的三维图。资料来源：Advanced Photonics (2023)。DOI: 10.1117/1.AP.5.4.046003
浙江大学纳米光子学研究组的童利民教授指出："与以往的方法不同，波导方案呈现为线性光学系统，带来了一系列优势。它能够实现宽带和超快脉冲操作，并允许多个亚纳米级光场的组合。在单个输出中设计空间、光谱和时间序列的能力带来了无限的可能性。
这种突破的潜在应用令人惊叹。如此局部化的光场可以与单个分子或原子相互作用，有望推动光-物质相互作用、超分辨率纳米镜、原子/分子操纵和超灵敏检测等领域的发展。我们正站在新发现时代的悬崖边，存在的最微小的领域都在我们的掌握之中。
参考资料
Liu Yang et al, Generating a sub-nanometer-confined optical field in a nanoslit waveguiding mode, Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.4.046003
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