微型光學(xué)設(shè)備“魚與熊掌”兼得

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美國加州大學(xué)圣迭戈分校科學(xué)家研制出兼具高靈敏度與超強(qiáng)耐用性的微型光學(xué)器件，一舉攻克了該領(lǐng)域“魚與熊掌不可兼得”的難題。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《先進(jìn)光子學(xué)》雜志。

在光學(xué)器件領(lǐng)域，靈敏度和堅(jiān)固性就像天平的兩端，提升一方往往要以犧牲另一方為代價(jià)。高靈敏度器件可以檢測(cè)環(huán)境的微小變化，但往往非常脆弱。制造過程中即使出現(xiàn)小小缺陷，也會(huì)使其發(fā)生故障。而強(qiáng)化器件的結(jié)構(gòu)使其更加堅(jiān)固耐用往往需要犧牲精度。

此次團(tuán)隊(duì)從“亞波長相位奇點(diǎn)”這一物理現(xiàn)象中找到突破口。當(dāng)光被壓縮到比自身波長更小的空間時(shí)，會(huì)形成光強(qiáng)歸零的“全暗點(diǎn)”，但相位變化卻完整保留。這種特性既像靈敏的“光學(xué)觸須”，能捕捉最細(xì)微的環(huán)境變化；又如同“光學(xué)鎧甲”，對(duì)制造缺陷具有天然抵抗力。

團(tuán)隊(duì)精心構(gòu)建了“納米三明治”結(jié)構(gòu)：兩層金納米棒陣列夾著超薄聚合物。底層納米棒嵌入聚合物，頂層則直接暴露用于傳感。通過精確調(diào)控納米棒的交錯(cuò)角度和層間距，他們實(shí)現(xiàn)了對(duì)光相位的精準(zhǔn)操控。通過測(cè)量相位奇點(diǎn)，他們證實(shí)了該器件兼具靈敏度和耐用性。

這種組合將催生新一代光子器件，其不僅精度更高、性能大幅提升，還能實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)。最新突破為從高靈敏度醫(yī)療診斷設(shè)備、環(huán)境傳感器到更安全的通信系統(tǒng)在內(nèi)的各種尖端傳感器的實(shí)現(xiàn)打開了大門。（記者劉霞）

(責(zé)編：郝孟佳、熊旭)