表面等离激元微纳全光逻辑门

“介观光学与飞秒光物理”基金委创新研究群体龚旗煌教授和胡小永教授和等在微纳全光逻辑门器件的研究中取得重要进展，研究论文于2012年11月4日发表在重要期刊Nano Letters上（Yulan Fu, Xiaoyong Hu, Cuicui Lu, Song Yue, Hong Yang, and Qihuang Gong, All-optical logic gates based on nanoscale plasmonic slot waveguides, Nano Letters, http://dx.doi.org/10.1021/nl303095s）。论文第一作者为博士员工富聿岚。

全光逻辑门器件在光计算和超高速信息处理等领域都具有非常重要的应用前景。实现微纳全光逻辑门器件的基本物理思想是利用信号光之间相干相消（或者相干增强）来获得“0”（或者“1”）两种逻辑状态输出。这个方法的缺陷在于，由于信号光之间的位相差很难精确控制，使得这种方法本身具有内在的不稳定性，而且获得的“0”和“1”的强度对比很低，这就严重限制了全光逻辑门器件的实际应用。

研究论文设计出一种同时具有长程传输和亚波长强光场局域特性的新型表面等离激元波导结构，在此基础之上，通过有效减小器件尺寸、微加工刻蚀精密控制位相差、连续激光激发单色表面等离激元模式的途径，克服了信号光线性相干方法的缺陷，将器件的特征尺度从几十μm减小到5μm，同时将“0”和“1”的强度对比提高了4倍，达到24dB。而且，逻辑门功能的实现没有任何高功率阈值的要求。所实现的超低功率、小型化的微纳全光逻辑门器件非常适合未来光子芯片上的集成化应用。

该研究工作得到了审稿人的高度评价。审稿人认为 “作者完成了一项令人印象深刻的研究，成功实现了具有更小特征尺寸、更高逻辑状态“0”和“1”对比的全光逻辑门”（The authors carried out a very impressive research to successfully achieve all-optical based logic gates with much smaller feature sizes and higher intensity contrast between the logic “0” and “1），另外，审稿人还指出“该研究工作将推动纳米尺度光计算回路的设计和制备，并将在超高速光信息处理领域应用”(This work would impact the nano-scale optical computing circuits’ design, fabrication and applications for light speed information processing).

研究工作得到国家973项目、国家自然科学基金委“创新研究群体”等项目和介观物理国家重点实验室的资助。