表面等離激元微納全光邏輯門

“介觀光學與飛秒光物理”基金委創新研究群體龔旗煌教授和胡小永教授和等在微納全光邏輯門器件的研究中取得重要進展，研究論文于2012年11月4日發表在重要期刊Nano Letters上（Yulan Fu, Xiaoyong Hu, Cuicui Lu, Song Yue, Hong Yang, and Qihuang Gong, All-optical logic gates based on nanoscale plasmonic slot waveguides, Nano Letters, http://dx.doi.org/10.1021/nl303095s）。論文第一作者為博士研究生富聿岚。

全光邏輯門器件在光計算和超高速信息處理等領域都具有非常重要的應用前景。實現微納全光邏輯門器件的基本物理思想是利用信号光之間相幹相消（或者相幹增強）來獲得“0”（或者“1”）兩種邏輯狀态輸出。這個方法的缺陷在于，由于信号光之間的位相差很難精确控制，使得這種方法本身具有内在的不穩定性，而且獲得的“0”和“1”的強度對比很低，這就嚴重限制了全光邏輯門器件的實際應用。

研究論文設計出一種同時具有長程傳輸和亞波長強光場局域特性的新型表面等離激元波導結構，在此基礎之上，通過有效減小器件尺寸、微加工刻蝕精密控制位相差、連續激光激發單色表面等離激元模式的途徑，克服了信号光線性相幹方法的缺陷，将器件的特征尺度從幾十μm減小到5μm，同時将“0”和“1”的強度對比提高了4倍，達到24dB。而且，邏輯門功能的實現沒有任何高功率阈值的要求。所實現的超低功率、小型化的微納全光邏輯門器件非常适合未來光子芯片上的集成化應用。

該研究工作得到了審稿人的高度評價。審稿人認為 “作者完成了一項令人印象深刻的研究，成功實現了具有更小特征尺寸、更高邏輯狀态“0”和“1”對比的全光邏輯門”（The authors carried out a very impressive research to successfully achieve all-optical based logic gates with much smaller feature sizes and higher intensity contrast between the logic “0” and “1），另外，審稿人還指出“該研究工作将推動納米尺度光計算回路的設計和制備，并将在超高速光信息處理領域應用”(This work would impact the nano-scale optical computing circuits’ design, fabrication and applications for light speed information processing).

研究工作得到國家973項目、國家自然科學基金委“創新研究群體”等項目和介觀物理國家重點實驗室的資助。