我系张斗国等在纳米光纤中信号传输研究取得重要进展

近日,我系安徽省光电子重点实验室张斗国副教授与能源化学协同创新中心、化学与材料学院高分子科学与工程系邹纲教授、美国马里兰大学医学院Center for Fluorescence Spectroscopy的J. R. Lakowicz教授,西南科技大学理学院陈俊学博士合作,提出了一种新型光学模式:存在于多层介质薄膜与纳米光纤复合结构中的一维布洛赫表面波(BSW-1D)。利用该模式成功解决了极细聚合物纳米光纤在常规衬底上无法传输光信号的技术难题。该研究成果以“Bloch surface waves con?ned in one dimension with a single polymeric nano?bre” 为题与2017年2月3日在线发表在Nat. Commun. 8, 14330 doi: 10.1038/ncomms 14330 (2017)。博士生王茹雪和夏宏燕为共同第一作者,张斗国与邹纲为共同通讯作者。

众所周知,微米尺度光纤的巨大成就造就了互联网行业的高度发达和世界的迅速“变小”。因此微光纤基础理论获得了2009年诺贝尔物理学奖。如今,纳米尺度的光纤成为国际前沿研究热点。聚合物纳米光纤由于具有良好的机械性能,尤其是其弹性和柔韧性很好,而且可以通过化学设计改变其材料的特性,是构筑超紧凑光子学器件和微型化集成光子回路的首选之一。但是其材质柔性、长径比巨大,必须放在衬底上,如常用的玻璃或硅片才能真正实用化,发展新型纳米光波导传感器件等。但当纳米光纤半径很小,例如小于125nm时,放置玻璃上的纳米光纤将无法传输光信号。

为了解决这个问题,课题组利用结构参数精心设计的多层介质薄膜来支撑聚合物纳米光纤,借助多层薄膜的光子带隙来阻止纳米光纤中光信号的泄漏。实验结果表明在该多层介质薄膜上,极细纳米光纤完全可以传输光信号,该传输模式即为新发现的一维布洛赫表面波,BSW-1D模式。

该工作得到了审稿人的高度评价,指出这是一篇出色的论文,展示了大量令人印象深刻的工作;这项工作很重要,因为它适用于各种聚合物纳米光纤,而这些光纤具有很好的生物兼容性、可掺杂各种荧光基团,由此可以产生各种新型的纳米光子学器件。

该工作得到了科技部,国家自然科学基金委、能源化学协同创新中心、安徽省杰出青年基金等项目经费的支持。相关样品制作工艺得到了中国科学技术大学微纳研究与制造中心的仪器支持与技术支撑。

论文链接:
http://www.nature.com/articles/ncomms14330

编辑时间:2017-03-02