近日，西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院趙建林教授研究團(tuán)隊(duì)六年堅(jiān)持不懈，成功研發(fā)光波長轉(zhuǎn)換器件，可將近紅外光穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換為可見光，在豐富感知光源的同時(shí)，有效地提高光纖利用率。這項(xiàng)成果不僅破解光纖領(lǐng)域難題，也為開發(fā)其他高性能全光纖非線性光信息處理器件提供了新思路。
相關(guān)研究成果日前以“High-efficiency second-order nonlinear processes in an optical microfibre assisted by few-layer GaSe”為題，在線發(fā)表于國際光學(xué)頂尖期刊Light: Science & Applications。論文第一作者為團(tuán)隊(duì)姜碧強(qiáng)副教授，通訊作者為甘雪濤教授和趙建林教授，西工大為唯一作者單位。論文鏈接為：https://www.nature.com/articles/s41377-020-0304-1。
Light：Science and Applications由Nature出版集團(tuán)與中科院長春光機(jī)所合作出版，期刊入選“中國科技期刊卓越行動計(jì)劃”—領(lǐng)軍期刊目錄，影響因子在全球所有原創(chuàng)性光學(xué)期刊中排名第二。
全光纖的波長轉(zhuǎn)換
光纖在我們生活中無處不在，有了光纖才有了遍布城鄉(xiāng)連接中外的高速互聯(lián)網(wǎng)、高清數(shù)字電視、5G移動通信。從1970年美國制造出世界上第一根可用于光通信的光纖，半個(gè)世紀(jì)以來，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜沂冀K朝著“超大容量、超長距離、超高速率”光通信技術(shù)前沿不斷探索。如果能夠?qū)⒛撤N波長的光在光纖中傳輸后直接變成另一種波長，將可以有效提高光纖傳遞和感知信息的效率。但光波波長轉(zhuǎn)換是一種非線性光學(xué)過程，一般需要高功率激光和精密的光學(xué)參數(shù)配合，轉(zhuǎn)換條件非常苛刻。如何降低光纖中波長轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)條件，就成為了困擾科學(xué)家們的一個(gè)難題。
西工大趙建林團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出在一段直徑為微米量級的光纖上沉積二維層狀材料硒化鎵，利用微光纖的強(qiáng)烈倏逝波與硒化鎵二維材料相耦合，借助硒化鎵的二階非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在全光纖中光波長轉(zhuǎn)換的有效控制，極大提高了光波長轉(zhuǎn)換效率，降低了轉(zhuǎn)換能耗。
“將一根光纖的一部分變細(xì)為原來的約百分之一，讓光波沿著光纖外壁傳輸，而光纖外壁上裹覆有能將通信波段光轉(zhuǎn)換為可見光的材料，讓變色后的光波仍然可以在光纖中繼續(xù)傳輸。這樣，就構(gòu)成了一個(gè)非常簡單且高效的光波長轉(zhuǎn)換器件。”研究團(tuán)隊(duì)的姜碧強(qiáng)副教授解釋說，光纖中的光波長轉(zhuǎn)換器件，就好比電網(wǎng)中的變電站，通過對光信息分級處理，讓光網(wǎng)絡(luò)更加靈活且擴(kuò)容。經(jīng)該技術(shù)處理的光纖，可直接接入通用的光纖通信和傳感系統(tǒng)中，且僅需百微瓦量級光功率即可將近紅外光穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換為可見光，在豐富感知光源的同時(shí)，有效地提高光纖利用率，也為開發(fā)其他高性能全光纖非線性光信息處理器件提供了新的思路。
“為了這一瞬的光，我們團(tuán)隊(duì)整整探索了6年?！壁w建林教授介紹說，2014年團(tuán)隊(duì)開始了實(shí)驗(yàn)嘗試。自主設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)裝置，搭建完成整套光的產(chǎn)生、調(diào)制、感知與測量系統(tǒng)，將石墨烯裹覆到光學(xué)微結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)光的濾波、調(diào)制、開關(guān)、光速的控制等，然而始終無法在光波長的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)突破。團(tuán)隊(duì)針對這一難題，借助光譜測量、納米加工等技術(shù)手段持續(xù)優(yōu)化材料體系和器件，從一次次的實(shí)驗(yàn)失敗中最終實(shí)現(xiàn)成功的突破。
“今年的政府工作報(bào)告中明確提出要加大新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實(shí)施擴(kuò)大內(nèi)需戰(zhàn)略?！壁w建林教授說，新一代信息技術(shù)為核心的“新基建”已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動能，而作為“新基建”基礎(chǔ)設(shè)施的光纖，也迎接創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇。“希望我們的研究瞄準(zhǔn)國家發(fā)展的重大需要，產(chǎn)出更多創(chuàng)新成果，成為新一代信息技術(shù)領(lǐng)域的引領(lǐng)者?！壁w建林表示。
