新型光学器件成功研发攻克灵敏度与耐用性难题

多层周期性光子纳米结构，支持稳健的相位奇异性。图片来源：《先进光子学》杂志

美国加州大学圣迭戈分校科学家研制出兼具高灵敏度与超强耐用性的微型光学器件，一举攻克了该领域“鱼与熊掌不可兼得”的难题。相关研究成果发表于《先进光子学》杂志。

在光学器件领域，灵敏度和坚固性就像天平的两端，提升一方往往要以牺牲另一方为代价。高灵敏度器件可以检测环境的微小变化，但往往非常脆弱。制造过程中即使出现小小缺陷，也会使其发生故障。而强化器件的结构使其更加坚固耐用往往需要牺牲精度。

此次团队从“亚波长相位奇点”这一物理现象中找到突破口。当光被压缩到比自身波长更小的空间时，会形成光强归零的“全暗点”，但相位变化却完整保留。这种特性既像灵敏的“光学触须”，能捕捉最细微的环境变化；又如同“光学铠甲”，对制造缺陷具有天然抵抗力。

团队精心构建了“纳米三明治”结构：两层金纳米棒阵列夹着超薄聚合物。底层纳米棒嵌入聚合物，顶层则直接暴露用于传感。通过精确调控纳米棒的交错角度和层间距，他们实现了对光相位的精准操控。通过测量相位奇点，他们证实了该器件兼具灵敏度和耐用性。

这种组合将催生新一代光子器件，其不仅精度更高、性能大幅提升，还能实现低成本量产。最新突破为从高灵敏度医疗诊断设备、环境传感器到更安全的通信系统在内的各种尖端传感器的实现打开了大门。