一種微小到肉眼幾乎難以看見的器件，可能成為未來光學傳感芯片的關鍵。美國科羅拉多大學博爾德分校研究團隊研制出一種高性能“跑道型”光學微型諧振器，可大幅降低光損耗，為化學檢測、導航設備甚至量子測量等應用打開了大門。相關論文發表于新一期《應用物理快報》雜志。
微型諧振器可理解為一個“困住光”的微型裝置。光在其中不斷循環，強度逐漸累積。當光足夠強時，科學家便能利用它完成各種特殊的光學操作。論文第一作者布賴特·盧介紹，他們的目標是讓這種器件在更低光功率下也能高效運行。
團隊重點研究了“跑道型”諧振器，這種器件因其細長形狀類似跑道而得名。他們特別采用了一種名為“歐拉曲線”的平滑曲線設計，這種曲線常見于公路和鐵路，因為汽車在高速行駛時無法突然直角轉彎，光在傳播時也一樣，若彎折過急就會“滑脫”。
采用這種平滑彎道可大幅降低光損耗，使光子能在諧振器內部停留更長時間，從而增強相互作用。如果光損耗太多，諧振器就無法積累足夠強的光，性能也會大打折扣。
這種微型諧振器在潔凈室中通過電子束光刻技術制備。與傳統光刻受光波長限制不同，該技術可實現亞納米級精度，適合加工微尺度光學結構。由于器件尺寸極小，微小灰塵或缺陷都可能影響光的傳播，因此潔凈環境至關重要。
材料選擇同樣關鍵。團隊使用了一類硫族化物半導體玻璃材料。這類材料透明度高、非線性特性強，非常適合光子學器件。不過，它們在加工過程中較為困難，需要在性能與制造難度之間找到平衡。通過減少彎曲損耗，團隊成功造出了超低損耗器件，其性能可與當前先進材料平臺相媲美。
研究團隊表示，未來這種微型諧振器有望成為光子系統中的關鍵組件，可用于微型激光器、生化傳感器以及量子網絡設備，最終目標是把這種技術發展為可規模化制造的光學芯片。