科学家解决光折射率变化问题 可在汽车挡风玻璃上实现隐形应用

从紧凑型生物传感器、光谱仪到隐形设备和量子计算机，与集成光子学有关的应用越来越受欢迎。与光纤一样，需要通过增加材料的局部折射率（RI）才能在集成光子电路中引导光。超快激光写入（laser writing）是唯一一种在透明材料中三维修改RI的技术，可直接用于打造3D光子设备。在90年代末，随着首次在玻璃的光子通道中引入激光写入技术后，人们相信该技术很快会成为制造集成光子学设备的首选工具。不过，尽管做了很多努力，激光引起的RI变化的幅度仍然很有限，阻碍生产出具有弯曲光学通道的紧凑型设备，而且此类通道需要变化幅度较大的RI。

（图片来源：拉瓦尔大学）

不过，据外媒报道，加拿大拉瓦尔大学（Laval University）光学、光子学和激光中心（COPL）的Jerome Lapointe博士与同事们发现了一种与激光加工材料的电子共振有关的物理现象，可解决RI变化问题。利用新概念，科学家们演示了弯曲半径、微米大小的光子通道，此前从未在三维空间中实现该通道。该新技术有望大幅降低3D光子学电路的尺寸，例如，能够在同一芯片上更密集地集成光子应用，或增加光量子计算机的容量。

科学家们解释：“我们发现飞秒激光脉冲能够局部且永久地改变材料的电子共振。从数学角度看，RI指数取决于材料的电子共振，会随着光频率（或者颜色）变化而变化。然后，我们证明了光子电路能够在材料的透明区域利用此现象。在该区域中，RI（光子电路的基础）的变化可以达到一个非常大的正值，从而可以在小型化的光子电路中引导光。”

“最近，欧洲科学家利用激光写入技术打造了量子计算机组件，此类组件长度为5至10厘米，我们的发现表明，同样的量子设备可能可以缩小10倍以上，这非常有前景，因为任何计算机的计算能力与芯片上的组件数量都成正比。”

令人惊讶的是，科学家们发现，当红色光穿过此类光子电路时，电路会隐形，还发现根据材料和激光写入的条件，某些颜色的光会让此类电路隐形。科学家们利用解释电子共振变化的同一理论来解释此种现象。此种新概念为隐形光子应用铺平了道路，可应用于手机屏幕、汽车挡风玻璃和工业显示屏。

科学家们预测道：“我们发现，由电子共振变化引起的RI正向变化可以精确补偿由结构膨胀（由激光写入引起）引起的RI负向变化，从而导致某些颜色的光不会发生RI变化。据我们所知，这是一种直接打造隐形结构的新概念。将高工作频率的RI高幅度变化与彩虹频率的不可见特性有利结合，可能会在手机屏幕上实现几个隐形应用。”