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        3. 西北工業大學:追“光”人將為“新基建”帶來新動能

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            光纖,是我們生活中“最熟悉的陌生人”,有瞭光纖才有瞭遍佈城鄉連接中外的高速互聯網、高清數字電視、5G移動通信。你雖看不到它,它卻無處不在。

          光纖示意圖

            從1970年美國制造出世界上第一根可用於光通信的光纖,半個世紀以來,相關領域專傢始終朝著“超大容量、超長距離、超高速率”光通信技術前沿不斷探索。如果能夠將某種波長的光在光纖中傳輸後直接變成另一種波長,將可以有效提高光纖傳遞和感知信息的效率。但光波波長轉換是一種非線性光學過程,一般需要高功率激光和精密的光學參數配合,轉換條件非常苛刻。如何降低光纖中波長轉換的實現條件,就成為瞭困擾科學傢們的一個難題。

            近日,西北工業大學物理科學與技術學院趙建林教授研究團隊創造性地提出在一段直徑為微米量級的光纖上沉積二維層狀材料硒化鎵,利用微光纖的強烈倏逝波與硒化鎵二維材料相耦合,借助硒化鎵的二階非線性效應(非線性系數比傳統二階非線性光學介質高2個數量級),實現瞭在全光纖中光波長轉換的有效控制,極大提高瞭光波長轉換效率,降低瞭轉換能耗。

            相關研究成果在線發表於國際光學頂尖期刊《光:科學與應用》(Light: Science &; Applications)。論文第一作者為團隊薑碧強副教授,通訊作者為甘雪濤及趙建林教授。

          光纖微結構器件

            “將一根光纖的一部分變細為原來的約百分之一,讓光波沿著光纖外壁傳輸,而光纖外壁上裹覆有能將通信波段光轉換為可見光的材料,讓變色後的光波仍然可以在光纖中繼續傳輸。這樣,就構成瞭一個非常簡單且高效的光波長轉換器件。”薑碧強介紹到,“簡單地理解,光纖中的光波長轉換器件,就好比電網中的變電站,通過對光信息分級處理,讓光網絡更加靈活且擴容。

            經該技術處理的光纖,可直接接入通用的光纖通信和傳感系統中,且僅需百微瓦量級光功率(遠小於一支普通激光筆的光功率)即可將近紅外光穩定地轉換為可見光,在豐富感知光源的同時,有效地提高光纖利用率,也為開發其他高性能全光纖非線性光信息處理器件提供瞭新的思路。

            做研究向來不是一時一事之功,肯花大力氣、持之以恒地推進,這群“追光的人”做到瞭。

            “為瞭這一瞬的光,我們團隊整整探索瞭6年。”趙建林凝視著那道微弱的紅光感慨地說道。2014年決定開展相關研究,隨後在國傢自然基金項目的支持下,團隊開始瞭實驗嘗試。自主設計小型實驗裝置,搭建完成整套光的產生、調制、感知與測量系統,將石墨烯裹覆到光學微結構上實現光的濾波、調制、開關、光速的控制等[Optica 2: 468 (2015); Optics Letters 41: 3 603 (2016); Optics Letters 41: 5450 (2016); Applied Physics Letters 108: 171905 (2016)],然而始終無法在光波長的轉換實現突破。團隊針對這一難題,借助光譜測量、納米加工等技術手段持續優化材料體系和器件,從一次次的實驗失敗到一個個理論、技術、制備方法的突破……一路走來,半是風景、半是艱辛。科研不僅是知識、經驗的積淀,也是科學傢個人成長和科學精神的傳承。

            “既然選擇探索未知,那未知就是未知,如果有一天能夠在前人的指引下撿到‘未知之海’邊上的‘一顆彩色石子’,就很值得慶幸瞭。”趙建林認為,科研成果的形成不僅需要研究者自己坐得住、學的實、走得出,還需要整個團隊的共同協作、接續奮鬥。所以,對於青年教師和研究生的培養,他從不放松。

            多年來,團隊圍繞數字全息術、光場調控、微納光子學、光纖傳感技術等領域開展科學研究及人才培養,在完成國傢自然科學基金重點項目、國傢重大科學儀器研制項目、重大研究計劃項目以及國傢重點研發計劃等課題的同時,培養出近10位博士生導師、1位國傢優秀青年科學基金獲得者、1位全國百篇優博提名獎獲得者、1位“瑪麗居裡”學者、5位陜西省優博獲得者、2位王大珩高校學生光學獎獲得者等。在國內外重要學術期刊上發表瞭一系列高水平論文,產出瞭眾多科研成果。這些嶄露頭角的青年學者也必將奔著“光聯萬物”之夢,努力與國際前沿並跑。

            今年的政府工作報告中明確提出要加大新型基礎設施建設,實施擴大內需戰略。可見以新一代信息技術為核心的“新基建”已成為我國經濟發展的新動能,而作為“新基建”的基礎設施——光纖,更需要通過創新帶來更多機遇,瞄向更新的未來。

            “我會繼續做好年輕老師的‘路’和‘橋’,相信有朝一日我們團隊也能出現新一代信息技術領域的引領者。”趙建林笑著說。