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研究人員開創(chuàng)了一種將光限制在亞納米尺度的新方法。這一發(fā)展為光-物質(zhì)相互作用和超分辨率納米鏡等領(lǐng)域的進(jìn)步提供了廣闊的前景。想象一下，把光縮小到一個(gè)微小水分子的大小，以開啟一個(gè)充滿可能性的量子世界。這一直是光科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的夙愿。浙江大學(xué)的研究人員在將光束縛到亞納米尺度方面取得了突破性進(jìn)展。

傳統(tǒng)上，超越常規(guī)衍射極限的光定位主要依靠?jī)煞N方法：介質(zhì)約束和等離子體約束。然而，精密制造和光學(xué)損耗等挑戰(zhàn)阻礙了將光場(chǎng)限制在 10 納米以下甚至 1 納米的水平。現(xiàn)在，7 月 7 日《先進(jìn)光子學(xué)》（Advanced Photonics）雜志詳細(xì)介紹了一種新型波導(dǎo)方案，它將利用亞納米級(jí)光場(chǎng)的潛力。

以納米狹縫模式產(chǎn)生亞納米封閉光場(chǎng)的波導(dǎo)方案。(a) CNP 波導(dǎo)方案示意圖。(b) 納米狹縫模式橫截面場(chǎng)強(qiáng)分布的三維圖。資料來(lái)源：Yang、Zhou 等人，doi 10.1117/1.AP.5.4.046003

請(qǐng)看這樣一個(gè)場(chǎng)景：來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)光纖的光進(jìn)行了一次轉(zhuǎn)換之旅。它穿過(guò)光纖錐，到達(dá)耦合納米線對(duì)（CNP）中的最終目的地。在這里，光線轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N獨(dú)特的納米狹縫模式，形成一個(gè)微小到幾分之一納米（約 0.3 納米）的封閉光場(chǎng)。令人驚嘆的是，這種創(chuàng)新方法的效率高達(dá) 95%，峰值與背景的比率也很高，從而帶來(lái)了一系列機(jī)遇。

突破性的波導(dǎo)方案將其范圍擴(kuò)大到了中紅外光譜范圍，進(jìn)一步拓展了納米宇宙的極限。光學(xué)約束現(xiàn)在可以達(dá)到約 0.2 納米（λ/20000）的非凡尺度，這為探索和發(fā)現(xiàn)開辟了更多途徑。

浙江大學(xué)納米光子學(xué)研究組的童利民教授指出："與以往的方法不同，波導(dǎo)方案呈現(xiàn)為線性光學(xué)系統(tǒng)，帶來(lái)了一系列優(yōu)勢(shì)。它可以實(shí)現(xiàn)寬帶和超快脈沖操作，并允許多個(gè)亞納米級(jí)光場(chǎng)的組合。在單個(gè)輸出中設(shè)計(jì)空間、光譜和時(shí)間序列的能力帶來(lái)了無(wú)限的可能性"。

這些突破的潛在應(yīng)用確實(shí)令人嘆為觀止。光場(chǎng)如此局部化，以至于可以與單個(gè)分子或原子相互作用，為光-物質(zhì)相互作用、超分辨率納米鏡、原子/分子操縱和超靈敏檢測(cè)等領(lǐng)域的發(fā)展提供了可能。我們即將迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)時(shí)代，存在的最微小的領(lǐng)域現(xiàn)在已經(jīng)觸手可及。

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亞納米級(jí)光學(xué)技術(shù)獲得重大突破