新型光學器件成功研發攻克靈敏度與耐用性難題

多層周期性光子納米結構，支持穩健的相位奇異性。圖片來源：《先進光子學》雜志

美國加州大學圣迭戈分校科學家研制出兼具高靈敏度與超強耐用性的微型光學器件，一舉攻克了該領域“魚與熊掌不可兼得”的難題。相關研究成果發表于《先進光子學》雜志。

在光學器件領域，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境的微小變化，但往往非常脆弱。制造過程中即使出現小小缺陷，也會使其發生故障。而強化器件的結構使其更加堅固耐用往往需要犧牲精度。

此次團隊從“亞波長相位奇點”這一物理現象中找到突破口。當光被壓縮到比自身波長更小的空間時，會形成光強歸零的“全暗點”，但相位變化卻完整保留。這種特性既像靈敏的“光學觸須”，能捕捉最細微的環境變化；又如同“光學鎧甲”，對制造缺陷具有天然抵抗力。

團隊精心構建了“納米三明治”結構：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。通過精確調控納米棒的交錯角度和層間距，他們實現了對光相位的精準操控。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，還能實現低成本量產。最新突破為從高靈敏度醫療診斷設備、環境傳感器到更安全的通信系統在內的各種尖端傳感器的實現打開了大門。