研究人员研发出纳米光学天线助力光通信发展

美国伯克利实验室的研究人员研发出一种纳米光学天线，可极大增强原子、分子和半导体量子点的自发辐射。该进展为发光二极管在短距光通信，包括光学互连芯片和其他潜在应用方面取代激光器开启了大门。

伯克利实验室材料科学分部的电气工程师Eli Yablonovi说："与受激光辐射相比，自发光辐射一直不被重视"。

“但是，利用恰当的光学天线，自发光辐射实际上可以比受激光辐射更快。”

Yablonovitch任教于加州大学伯克利分校，指导美国国家科学基金会中心从事节能电子科学（E3S）的研究，同时他也是伯克利Kavli能源纳米科学研究所 (Kavli ENSI) 的成员之一。他率领了一个团队，使用由金制成的外部天线，使铟镓砷磷 (InGaAsP) 制成的纳米棒的自发光辐射有效增强了115倍。

这个接近200倍的增加，在减小受激光辐射和自发光辐射速度差方面，具有里程碑意义。当增加到200倍时，自发辐射率会超过受激辐射率。

Yablonovitch 说，"我们相信利用光学天线，自发辐射率增强有可能超过2500 倍，同时保持50%以上的发光效率，"采用光学天线增强型发光二级管替换微芯片上导线，将实现更快的光互连和更强的计算能力。"

该项研究成果发表在美国国家科学院学报 (PNAS)中，论文题为"光学天线增强型自发光辐射"。Yablonovitch 和加州大学伯克利分校的吴明是通讯作者，合作者是迈克尔.艾格尔斯顿，凯文.梅塞尔和张 黎明。

在高科技的世界，激光无处不在，已经成为高速光通信的主力。然而，激光在诸如一米或更小的短距光通信方面也存在弊端——他们消耗过多电能，通常会占用太多空间。发管二极管将成为更有效的替代选择，但却受限于它们的自发辐射率。

Yablonovitch 说"由于分子太小，不能作为自己的天线，分子大小的辐射源的自发辐射被减慢了许多数量级。”“加快这些自发光辐射的关键是将辐射分子结合成半波长天线。虽然我们已经拥有广播电台的天线120年了，但在某种程度上，我们忽视了光学天线。有时伟大的发现就在我们眼前，等待我们去发现。

Yablonovitch 和同事在他们的光学天线中使用拱形天线结构。方形铟镓砷磷纳米棒表面涂有一二氧化钛隔离层，为纳米棒和垂直沉积在其上共同形成天线的纳米线之间提供隔离。

作为自发光辐射材料的铟镓砷磷，已广泛用于红外激光通信和光电探测器。

除了应用于短距离通信，配有光学天线的发光二极管在光电探测器也有重要应用。光学天线还可以应用于成像、生物传感和数据存储。