高效管理和利用VSB历来是一项挑战。它们的复杂性需要精确的分类和识别方法才能用于实际应用。因此，提高光通信的效率、带宽和安全性，并促进量子计算的创新，取决于我们有效处理这些复杂波束的能力。 这项研究的核心是一种基于自旋多路复用衍射超表面的紧凑、高效的工具。这种精密设计的表面在微观尺度上工作，以非凡的精度操纵光束。 该设备引导光线穿过一系列精确校准的超表面层。每一层都与光相互作用，逐渐将其塑造成预定的配置。 当光线离开设备时，每种类型的VSB都会被分类，并可以通过其独特的特征进行识别。这种同时对光束进行分选的能力为高维通信和量子信息处理的进步铺平了道路。 技术影响包括： 光通信：在保持安全的同时提高数据传输速率仍是重中之重。超表面处理复杂光束的能力提高了数据传输范式变化的可能性，从而提高了现有物理基础设施的效率。 量子计算：经典计算和量子信息处理本质上是不同的。对光束的精确操纵为量子计算系统加速开辟了新的可能性。 挑战与展望 尽管这项研究是向前迈出的重要一步，但在优化设备以适应实际使用并将其集成到当前技术框架中仍然存在问题。研究人员仍然对这项技术的潜力充满希望，并正在努力改进它。 从实验室创新到广泛的实际应用的道路是复杂的，但随着这些激动人心的发现，通往日常整合的道路变得越来越清晰。 查看详细>>

华中科技大学武汉光电国家研究中心的张新亮教授、余宇教授团队在光电探测器研究领域取得重要突破。研究团队基于硅锗材料构建L型SACM结构并协同谐振效应，克服传统材料和工艺限制，为探测器的增益与带宽性能带来颠覆性提升。该工作将雪崩光电探测器APD的增益带宽积提升至THz量级，为下一代高速光互连及人工智能等新兴领域提供了新的技术路径和解决方案。 雪崩光电探测器（APD）是一种特殊的具有增益的光电探测器，在实现光电物理转换的同时，通过材料内部的载流子倍增机制对光电流进行有效放大，被广泛地应用于对弱光检测场合。此外，随着全球数据量的海量激增与摩尔定律逼近极限，信息时代正遭遇容量危机，要求探测器兼具大带宽的工作特性，以支撑当今数据中心的高速率通信。因此，增益带宽积（GBP）作为衡量APD性能的核心指标，它反映着APD在实现光电转换的过程中所兼顾增益和带宽的能力，GBP对于光通信系统的灵敏度与通信速率起到决定性影响。 然而上世纪六十年代，美国物理学家Emmons便从理论上揭示了APD的增益和带宽之间存在固有矛盾。历经半个世纪的发展，传统的商用APD采用磷化铟（InP）或者铟铝砷（InAlAs）作为载流子的倍增材料，器件带宽超过35 GHz，但受限于材料的低增益与高噪声的内禀属性，其增益带宽积至今无法突破300 GHz瓶颈，在光模块产业从单波100 Gb/s向着单波200 Gb/s技术更迭的浪潮中难以立足。 伴随着近三十年硅光技术的蓬勃发展，以硅（Si）作为倍增材料，外延生长锗（Ge）实现1310/1550 nm通信波段光吸收的硅锗APD，逐步迈向光通信领域的中心。虽然，Si材料相较于InP/InAlAs具有更优的倍增特性，理论上支持更高的增益。但是，硅锗APD的带宽特性受到Ge材料较低载流子迁移率的制约，加之局限的优化技术与工艺手段，其增益带宽积数十年来始终徘徊于百GHz量级。 图1本工作与其他APD性能指标对比：速率、带宽和增益带宽积 近日，张新亮、余宇教授团队研制出世界首个增益带宽积突破1THz的高性能锗硅APD。研究团队利用“L型”吸收-电荷-倍增分离的结构（SACM），并且协同调控其中电场分布和谐振效应，器件在增益高达19.5的状态下仍能得到53GHz的大带宽，即1033 GHz增益带宽积。其中，通过对P型电荷层宽度进行恰当拉宽，有效地防止电荷层向倍增区扩散的同时，还对内部电场强度进行精密调控，隔离了不利于增益的锗倍增过程。然后，在Ge和Si之间引入间隙用于抑制Ge表面的电场，从而降低APD的有效电离系数而提高增益。最后，利用电极上的螺旋设计引入等效电感，优化倍增区域的动态谐振进而抬升器件带宽，促使GBP进一步提升。此外，条形硅波导采用锥型耦合结构用于解耦光吸收长度和载流子传输路径，保证了效率和速率的双重提高。 研究团队还基于硅锗APD进一步开展了高速信号的眼图与信噪比测试（图3），以验证器件的高速接收特性。实验表明，探测器对于112 Gb/s OOK和200 Gb/s PAM4的超高速率弱光信号，均能实现高灵敏度接收。此外，利用四通道APD阵列结合波分复用技术，成功演示了满足800 Gb/s业界前沿标准的高速率光信号接收。 图2所述硅锗APD结构（a），器件带宽（b）、增益与增益带宽积测试结果（c） 图3 APD高速信号传输测试 该研究针对硅锗材料内蕴的物理机制以及工艺结构提出行之有效的优化策略，解决了APD的增益与带宽难以协同提升的难题，创造了THz量级增益带宽积纪录，有望推动高速硅光方案进一步跨越式发展。同时，硅锗APD的制备与成熟的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺完全兼容，易于实现低成本、大规模量产。伴随着该技术的深入优化与应用，能够加速800G甚至1.6T光模块的全球化产业布局，并在下一代光通信系统中实现更快的数据传输速度和更高的通信质量，为大数据、云计算和人工智能等新兴科技发展提供强有力的支持。 查看详细>>

液晶弹性体有望在显示器、传感、智能设备和可穿戴设备中应用。 韩国浦项科技大学(POSTECH)的一个团队，由Su Seok Choi教授和Seungmin Nam教授领导，开发了一种新型可拉伸光子器件，“可以控制各个方向的光波长”。 这项工作由该大学的电气工程系进行，在《自然》杂志《光：科学与应用》中进行了描述。 结构色是通过光与微观纳米结构的相互作用产生的，无需依赖传统的颜色混合方法即可产生鲜艳的色调。传统的显示器和图像传感器融合了三种原色(红色、绿色和蓝色)，而结构色技术则利用光的固有波长，从而产生更生动、更多样化的彩色显示。 POSTECH的公告称，“这种创新方法正在被公认为纳米光学和光子学行业的一项有前途的技术。 “自由调整纯色” 使用染料或发光材料的传统颜色混合技术仅限于被动和固定的颜色表示。相比之下，可调颜色技术动态控制与特定光波长相对应的纳米结构，从而可以自由调整纯色。 以前的研究主要局限于单向颜色调整，通常将颜色从红色转换为蓝色。扭转这种从蓝色到波长更长的红色的转变一直是一个重大挑战。 目前的技术只允许对较短的波长进行调整，因此很难在理想的自由波长方向上实现多样化的色彩表现。因此，需要一种能够进行双向和全向波长调节的新型光学器件，以最大限度地利用波长控制技术。 崔教授的团队通过将手性*1液晶*2弹性体(CLCE)与介电弹性体致动器(DEA)相结合，解决了这些挑战。CLCE是能够改变结构颜色的柔性材料，而DEAs则会引起电介质的柔性变形以响应电刺激。 该团队优化了执行器结构，使其与CLCE相结合，使其能够实现膨胀和收缩，并开发了一种适应性强的可拉伸装置。该设备可以自由调整可见光谱中的波长位置，从较短到较长的波长，反之亦然。 在他们的实验中，研究人员证明，他们基于CLCE的光子器件可以使用电刺激控制广泛可见光波长范围内的结构颜色(从450nm的蓝色到650nm的红色)。与以前的技术相比，这代表了重大进步，以前的技术仅限于单向波长调谐。 这项研究不仅为先进光子器件奠定了基础技术，还凸显了其在各种工业应用中的潜力。 崔教授评论说：“这项技术可以应用于显示器、光学传感器、光学伪装、直接光学模拟加密、仿生传感器和智能可穿戴设备，以及许多其他涉及光、颜色和可见光波段以外的宽带电磁波的应用。我们的目标是通过持续的研究来扩大其应用范围。 该研究得到了三星电子三星研究资助和孵化中心以及韩国工业技术规划与评估院的技术创新计划(柔性智能可变信息显示)的支持。 查看详细>>

近日，西安电子科技大学物理学院教师李春艳与俄罗斯科学院光谱学研究所教授YaroslavV.Kartashov合作，在非线性光学领域取得重要理论研究突破。研究成果于近日发表在物理学领域顶级期刊《物理评论快报》上。李春艳老师为该论文的第一作者和唯一通讯作者，西安电子科技大学物理学院为第一署名单位和第一通讯单位。 该研究创新性地提出了一种仅采用自散焦非线性介质和局域增益的耗散方程，实现了稳定的高拓扑荷涡旋光孤子，建立了研究光学孤子的全新物理模型。该模型打破了24年来关于耗散孤子研究的传统认知，为在各类耗散系统中实现稳定的高拓扑荷涡旋孤子开辟了新的研究方向。该项研究打破了人们对耗散光孤子研究的传统认知，创新性地提出了一种仅采用三次自散焦非线性和线性局域增益的简化模型，在极低的功率水平下获得了稳定的高拓扑荷涡旋孤子。研究人员还发现，此类涡旋孤子起源于增益-诱导线性模，这也是增益-诱导这一概念提出近20年来，首次发现其可以支持携带拓扑荷的线性模。 相关研究成果为在诸如极化激元微腔、非线性结构微腔、激光系统等各类耗散物理系统中实现稳定的高拓扑荷涡旋孤子提供了理论和实验上的指导。在实际应用中，涡旋态可以作为以拓扑荷的大小或正负为编码的信息载体进行通信、实现数字螺旋成像、粒子操纵和高分辨率成像、紧凑的涡旋激光器等，稳定的高拓扑荷涡旋光孤子以及拓扑荷数不同的涡旋态之间的转换将极大促进上述应用的发展。 拓扑荷为1的不稳定涡旋孤子在传输过程中演变为拓扑荷为3的稳定涡旋孤子 拓扑荷为4的不稳定涡旋孤子在传输过程中演变为拓扑荷为2的稳定涡旋孤子 查看详细>>