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直徑250nm的這款「元件」能以飛秒級的速率迅速切換光脈衝
（來源：Maxim Scherbakov）

大約在三年前，有好幾組研究人員不約而同地發現了一個重要的作用：矽奈米粒子在可見光譜範圍時存在強共振——即所謂的磁耦共振。這種共振的特性是奈米粒子中的光波在次波長結構上的強定位。雖然這種效應讓研究人員十分感興趣，但根據該研究的第一作者Maxim Shcherbakov描述，當時並沒有人想到這個新發現能夠創造出開發緊密且超快速光子開關的基礎。

在進行等離子相位蝕刻後，澳洲國立大學的研究人員採用電子光束微影技術來製造這種奈米粒子。這項程序是由該校實習生Alexander Shorokhov完成的。來自莫斯科的Alexander Shorokhov由於取得了總統獎學金出國留學，他在回國時也帶回了部份的研究樣本，讓所有的實驗工作得以繼續在莫斯科國立大學物理學院的奈米光子與超材料實驗室進行。

「在實驗研究中，我的同事Polina Vabishchevich和我一起用一套非線性的光學方法，解決了飛秒(femtosecon，約10^-15秒)相關的光學問題，」Maxim Shcherbakov解釋，「我們採用像MSU開發計劃中所用的飛秒雷射複合方法。」

最終，研究人員們開發出一種「元件」——直徑約250nm的碟片，能夠以飛秒速率切換光學脈衝。超快速的切換速度能夠為裝置實現每秒數十與數百太位元(TB)的資料傳輸與處理。同時，在這樣的速度時下載幾千部高畫質(HD)影片也只需要不到1秒的時間。

莫斯科國立大學研究人員打造的全光子開關作業基礎在於2次飛秒脈衝之間的互動。由於矽結構的磁共振作用，從而實現了這種互動。如果奈米結構中的脈衝同時發生，由於2個光子相互吸收的效應，使其中一個脈衝與另一個脈衝進行互動後並加以抑制。如果在2次脈衝之間存在100fs的延遲，那麼脈衝之間並不會發生互動，第2個脈衝將會在不進行任何改變的情況下直接傳入奈米結構中。

「我們已能開發出抑制不良自由載子效應的結構了，」Maxim Shcherbakov表示，「自由載子(電子和電洞)嚴重地限制了傳統整合式光子的訊號轉換速度。我們的研究象徵著通往創新且有效的主動光子元件(包括電晶體、邏輯元件等)之路邁開了重要的一步。我們的研究中所建置的這項技術特色就在於它可用於矽光子中。不久的將來，我們將進一步在IC中測試這種奈米粒子。」

編譯：Susan Hong

(參考原文：Nanoscale photonics switch could enable Terabit/s data transfer，by Jean-Pierre Joosting)

資料來源:電子工程專輯