美國能源部旗下的勞倫斯伯克利國家實驗室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)近日宣布研發出全球首創的，可實現芯片上光通訊的“真正納米級”硅波導(siliconwaveguide)。勞倫斯伯克利實驗室藉由新研發的一種稱為“混合等離極化激元(hybridplasmonpolariton，HPP)”的準粒子(quasi-particle)，解除了前人嘗試開發硅光子元件的新運作模式、以最佳化光子與等離子系統之路途上所遭遇的光學損失(opticallosses)障礙。

      該實驗室采用的方法，結合了高量子局限(quantumconfinement)與低訊耗損失，也為實現納米等級的芯片上激光(on-chiplasers)、量子運算以及單光子全光學開關(single-photonall-opticalswitches)等技術開啟一扇門。

      創造以上研究成果的，是勞倫斯伯克利實驗室材料科學部門研究員暨美國加州大學伯克利分校的納米科學與工程中心總監XiangZhang；共同參與的還包括博士研究生VolkerSorger與ZiliangYe。他們表示，HPP將為支持芯片內光通訊、信號調制，以及芯片上激光、生物醫療傳感等應用的納米級波導，開啟一個新時代。

      被稱為表面等離極化激元(surfaceplasmonpolaritons，SPPs)的準粒子，是已知可用在將光波導向橫跨金屬表面，以產生表面電子波──也就是等離子(plasmons)──然后能與光子產生交互作用。但遺憾的是，SPP在傳導通過金屬時，會遭遇嚴重的信號損失。

      伯克利實驗室的研究人員解決以上問題的方法，是在金屬與光波導半導體元件之間，添加了一層低K電介質(low-kdielectric)層，形成一種金屬氧化物半導體架構，能將導入的光波重分配(redistributes)到光學損失較少的低K電介質間隙中。

      采用上述方法所產出的HPP，能以更自由的方式進行傳導，讓工程師能以標準CMOS芯片打造出光學特性媲美罕見三五族半導體化合物的納米級波導。研究人員估計，這種新技術在2~5年內就可推向商業市場。