一种微小到肉眼几乎难以看见的器件，可能成为未来光学传感芯片的关键。美国科罗拉多大学博尔德分校研究团队研制出一种高性能“跑道型”光学微型谐振器，可大幅降低光损耗，为化学检测、导航设备甚至量子测量等应用打开了大门。相关论文发表于新一期《应用物理快报》杂志。
微型谐振器可理解为一个“困住光”的微型装置。光在其中不断循环，强度逐渐累积。当光足够强时，科学家便能利用它完成各种特殊的光学操作。论文第一作者布赖特·卢介绍，他们的目标是让这种器件在更低光功率下也能高效运行。
团队重点研究了“跑道型”谐振器，这种器件因其细长形状类似跑道而得名。他们特别采用了一种名为“欧拉曲线”的平滑曲线设计，这种曲线常见于公路和铁路，因为汽车在高速行驶时无法突然直角转弯，光在传播时也一样，若弯折过急就会“滑脱”。
采用这种平滑弯道可大幅降低光损耗，使光子能在谐振器内部停留更长时间，从而增强相互作用。如果光损耗太多，谐振器就无法积累足够强的光，性能也会大打折扣。
这种微型谐振器在洁净室中通过电子束光刻技术制备。与传统光刻受光波长限制不同，该技术可实现亚纳米级精度，适合加工微尺度光学结构。由于器件尺寸极小，微小灰尘或缺陷都可能影响光的传播，因此洁净环境至关重要。
材料选择同样关键。团队使用了一类硫族化物半导体玻璃材料。这类材料透明度高、非线性特性强，非常适合光子学器件。不过，它们在加工过程中较为困难，需要在性能与制造难度之间找到平衡。通过减少弯曲损耗，团队成功造出了超低损耗器件，其性能可与当前先进材料平台相媲美。
研究团队表示，未来这种微型谐振器有望成为光子系统中的关键组件，可用于微型激光器、生化传感器以及量子网络设备，最终目标是把这种技术发展为可规模化制造的光学芯片。
本文采编：CY
