中科院化学所利用半导体纳米线同质结实现光学分波器

光学分波器是纳米光子回路中的关键元件，可以用来连接纳米激光器（J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 7276-7279）、光信号传感器（Adv. Mater., 2012, 24, OP194-199）、检测器 (Adv. Mater., 2012, 24, 4745-4749)等功能元件，实现光信号在回路中的传输和处理。传统的光学波分元件通常是由光子晶体、衍射光栅等大尺寸材料组装而成，难以实现光信号在微纳尺度上的传输与处理。半导体纳米线具有较大的折射率和较低的传输损耗，能够在亚波长尺度上高效地传输光信号（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 2880-2883)，进而成为构筑波分元件的理想材料。

最近，在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和化学所的支持下，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室的科研人员通过气相可控生长制备了半导体纳米线同质结，成功地在单个纳米材料上构筑了光学分波器，实现了不同波长的光信号在微纳尺度上的分离和传输（图1）。相关结果发表于近期的《先进材料》 (Adv. Mater., 2014, 26, 620-624)。

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图1.半导体纳米线同质结组装的多通道波分复用器

光信号在纳米线中的传输主要依赖于纳米线腔体对光的限域能力，不同直径的纳米线可以限域不同波长的光信号。每个特定波长的光信号都有相应的截止直径，在低于此截止直径的波导通道中，光信号便不能继续传播。该实验室科研人员通过两步法气相合成氧化锌纳米线同质结，并且通过操纵单根纳米线同质结，构筑纳米线光子回路，实现了紫光和绿光信号的分离和传输。进而集成多个同质结和交叉结，成功构筑了多通道的光学分波器。该成果被邀请作为当期的内封面文章（图2）。

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图2.基于同质结组装的分波器应用于光信号的传输和处理