科技日報記者 劉霞
美國加州大學(xué)圣迭戈分?？茖W(xué)家研制出兼具高靈敏度與超強(qiáng)耐用性的微型光學(xué)器件，一舉攻克了該領(lǐng)域“魚與熊掌不可兼得”的難題。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)光子學(xué)》雜志。
在光學(xué)器件領(lǐng)域，靈敏度和堅固性就像天平的兩端，提升一方往往要以犧牲另一方為代價。高靈敏度器件可以檢測環(huán)境的微小變化，但往往非常脆弱。制造過程中即使出現(xiàn)小小缺陷，也會使其發(fā)生故障。而強(qiáng)化器件的結(jié)構(gòu)使其更加堅固耐用往往需要犧牲精度。
此次團(tuán)隊從“亞波長相位奇點”這一物理現(xiàn)象中找到突破口。當(dāng)光被壓縮到比自身波長更小的空間時，會形成光強(qiáng)歸零的“全暗點”，但相位變化卻完整保留。這種特性既像靈敏的“光學(xué)觸須”，能捕捉最細(xì)微的環(huán)境變化；又如同“光學(xué)鎧甲”，對制造缺陷具有天然抵抗力。
團(tuán)隊精心構(gòu)建了“納米三明治”結(jié)構(gòu)：兩層金納米棒陣列夾著超薄聚合物。底層納米棒嵌入聚合物，頂層則直接暴露用于傳感。通過精確調(diào)控納米棒的交錯角度和層間距，他們實現(xiàn)了對光相位的精準(zhǔn)操控。通過測量相位奇點，他們證實了該器件兼具靈敏度和耐用性。
這種組合將催生新一代光子器件，其不僅精度更高、性能大幅提升，還能實現(xiàn)低成本量產(chǎn)。最新突破為從高靈敏度醫(yī)療診斷設(shè)備、環(huán)境傳感器到更安全的通信系統(tǒng)在內(nèi)的各種尖端傳感器的實現(xiàn)打開了大門。
