基于半导体纳米线同质结组装的光学波分复用器

光学波分复用器是纳米光子回路中中的关键元件,可以用来连接纳米激光器、光信号传感器、检测器等其它功能元件,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,进而成为构筑波分元件的理想材料。中国科学院化学研究所赵永生研究员课题组,通过气相可控组装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波分复用器,实现了不同波长的光信号在微纳尺度上的分离和传输。相关结果发表在近期的Advanced Materials上

光信号在纳米线中的传输主要依赖于纳米线腔体对光信号的限域能力,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。该团队首先使用同质外延再生长技术,制备出了多段的,具有不同直径的氧化锌纳米线同质结。以氧化锌的光致荧光信号(紫外和绿光)为例,具有较大直径的纳米线可以同时限域紫光和绿光两个信号,实现了双波长信号的传输。当该纳米线的直径减小到绿光的截止直径以下后,绿光信号便不能在此通道中继续传播,紫光信号被单独导通出来。被滤出的绿光信号弥散在纳米线腔体外,可以通过搭建纳米线交叉结的方式耦合出来。该团队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。进而通过集成多个同质结和交叉结,成功构筑了多通道的光学波分复用器。