一項將光學信號聚焦至***精度的新技術可能會帶來更高效的電子系統和更高分辨率的成像設備。

美國加州理工學院(California Institute of Technology (Caltech))的工程師們找到了一種方法可以產生比光自身波長小卻能傳輸同等信號的光束。

這項技術有助于實現通過更窄的光束來傳輸數據，以增加光學通信的帶寬，同時這也為體積更小、耗能更少的光學設備的出現做好了鋪墊。

研究人員發明了一種2nm長的波導裝置，通過既聚焦光線——僅允許大約一半的光子通過——也聚焦光線在其內部產生的振動，該裝置可以使光線尺寸接近自然的極限。

這種第二類信號來源于該裝置的二氧化硅結構和其金鍍膜之間電子的振蕩，也被稱為“表面等離子體激元(SPPs)”。

由于表面等離子體激元(SPPs)是直接與光相耦合，它們(與傳統信號相比)攜帶同等的信息和屬性，也發揮代理信號的作用，即使許多光子在穿越波導裝置時被吸收和散射。

之前的納米聚焦設備(與此相比)顯得效率極低，其通常只將幾個百分比的光子聚焦至一條窄的光線內。

新的波導裝置能夠在三個維度上聚焦光線，產生直徑只有幾個納米的光點并且只需利用一半的光線。將光線聚焦為一個稍大的點，尺寸約為14nm×80nm，使得效率提高到了70%。

“該裝置是通過標準納米技術在半導體芯片上實現的，因此很容易與現有的技術相兼容。”該項目的協作領導人以及《自然—光子學》(Nature Photonics)雜志上一篇相關文章的合著者Hyuck Choo說道。

這種波導裝置在改善光學數據通信的同時也可以用來制造高分辨率的成像設備。

例如，它可以將很細的光束聚焦到含有熒光蛋白的生物細胞上。細胞內的染色分子可以以很高的分辨率將其標示出來。

由于光線穿過該波導裝置會向反方向傳播，它也可以用來制造高分辨率的顯微鏡。

該裝置(波導管)的成型由一連串高能鎵離子將不需要的金鍍膜層和二氧化硅結構炸開而實現。

其它的應用還包括產生極細的激光束加熱磁性硬盤的局部區域以實現數據的存儲。就當前的技術而言，每平方英寸的磁盤僅可以存儲一個字節的信息，而納米聚焦設備則可以將每平方英寸的存儲容量提升至50字節。

研究報告的另一位合著者，Myung-Ki Kim，說：“我們的新設備是基于基礎研究的，但我們希望它能成為許多潛在、革命性工程應用的元件。”

下一步是優化設計并著手研發成像設備和傳感器，Choo說道。