光学复写|美国德克萨斯大学研究人员开发出一种可实现光子集成电路复写功能的纳米材料，有望推进新一代光学芯片及光子集成电路的发展进程

美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发出一种混合模式的纳米材料，可实现光学芯片信息的瞬间擦除和复写。研究人员认为此种纳米材料及纳米技术有望推进新一代光学芯片及光子集成电路的发展进程。

研究人员利用该纳米材料开发了一个可实现紫外线擦除、绿色激光重新写入的波导。该团队认为，这是人类首次利用全光技术实现了波导的复写功能。

图为可复写波导上信息图像

原理

当光子撞击金属表面时将产生电子的集体震荡，自由震荡的电子与光子相互作用产生表面等离子体。在这种情况下，金属表面由金属纳米粒子和附着在上面的潜入了光响应分析的聚合物层组成。

这些光致变色分子与光产生量子相互作用，可以导致分子变得透明或不透明。美国德克萨斯大学的研究人员发现，在光子电路中，金属表面等离子体和光致变色分子分别代表了两个量子系统。这两个量子系统之间的耦合作用是非常强大的。利用这种现象，研究人员开发了一个具有控制光传播方向的波导，这对光子集成电路是十分关键的。

实验过程

研究人员Linhan Lin表示：“在研究过程中，我们利用混合等离子体波导作为第一量子系统，将分析嵌入到聚合物中作为第二量子系统。一旦两个量子系统之间发生强烈的耦合作用，我们就可以通过紫外线照射的方法实现将谐振频率分解为两个不同的频率。”

当紫外光照射样品时，等离子波导不能在谐振频率下工作，即擦除过程，当绿光照射样品时，等离子体工作在谐振频率之下，即重新写入过程。

技术核心

可复写光学的概念并不是第一次出现，我们日常所见的CD和DVD就是可复写的一个样例。但是，CD和DVD需要庞大的光源、光学介质和光探测器。

项目负责人，美国德克萨斯大学教授Yuebing Zheng表示：“为了开发可复写的纳米光子集成电路，需要将光限制在二维材料的表面，使得光在二维材料表面长距离传输，且可实现控制光的传播方向、相位、振幅和频率。我们实现可复写纳米光子集成电路的关键在于我们使用的材料是二维混合材料。”

前景展望

该可复写纳米光子集成电路技术有着广泛的应用，为了将该技术由实验室转化为实际应用，我们需要提高制备过程的稳定性，同时提高其寿命。另外，我们需要将等离子体的工作频率与片上通信频率相匹配。

Yuebing Zheng教授表示：“我们的目标是开发除了光波导以外的可复写光学元器件，从而开发出可复写光学滤波器、延迟线、传感器、激光器、调制器、色散补偿器等。这都是未来光子集成电路的关键部件。”