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台日研究成功提升奈米矽的光学非线性效应 实现GHz级奈全光学开关
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2020年09月08日 星期二

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台湾的半导体及晶片设计产业居世界领先地位,主要是以自然界含量最丰富元素之一的矽元素制作出先进积体奈米电路制程。科技部表示,矽电子领域现阶段具备的杰出研究基础,有机会进一步扩展至矽光子领域,打造创新设计。在矽电子学领域中,关键是做出具有非线性、能够用电控制电的元件,例如电晶体。同样的,在矽光子学的领域中,用光控制光的元件或说是全光学控制元件,也是主要的关键。但是矽晶体本身的光学非线性效应实在太小,不足以作为有效的全光学控制应用。

Anapole的超解析显微技术
Anapole的超解析显微技术

在科技部的「优秀年轻学者计画」、国际合作计画及学门计画的长期支持下,由台湾大学物理学系暨分子影像中心??主任朱士维教授成立国际合作团队,结合日本大阪大学光子学中心Junichi Takahara?原淳一教授,Katsumasa Fujita藤田克昌教授,中国暨南大学李向平教授团队,与台湾中央研究院物理所林宫玄博士、台湾大学凝态中心张之威博士、交通大学影像与生医光电研究所陈国平教授等共同合作。在最近两篇发表在自然科学顶尖期刊《自然通讯》Nature Communications的研究中,利用矽奈米结构的特殊电磁共振模态,例如可组成完整可见光光谱的奈米方块,或是奈米圆盘中不放光的Anapole。加上光致热效应,将矽的光学非线性效应提升了三到四个数量级,且反应时间仅须奈秒等级,因此能对个别矽奈米粒子的散射光做将近100%的调制,实现GHz超快奈米全光学开关。

科技部表示,创新应用这样的非线性,能够做出精度高达40奈米的远场光学超解析显微影像,不仅比起传统的光学绕射极限高出一个数量级,更能在矽奈米结构上实现不需标记或染色的超解析技术。这些研究成果提供奈米矽光学领域崭新的研究思路及应用潜力。

科技部长期深耕基础研究,系统性的支持台湾研究人员进行科学研究,推动学术攻顶、卓越领航计画,以及本次补助的优秀年轻学者计画等,全方位的补助优质学术团队进行科学突破并追求学术卓越,发展关键技术进而推动产业发展及创造科研价值,本次发表的创新前瞻科学研发成果能够拓展矽光子领域尖端应用。

目前科技部於新一期计画(108-110)持续支持研究团队发展最新的矽晶体奈米光学技术。接下来希??进一步增加矽奈米结构的非线性效应与反应速度,也将继续研发更高解析度的材料成像技术。

關鍵字: 矽光学  科技部 
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