以色列科学家助力解锁光基技术新可能

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一位以色列研究人员协助开发了一项突破性光学技术，该技术仅需74飞秒（即千万亿分之74秒）即可引导并重塑光束，这一进展有望推动未来光计算、通信、成像和传感系统的发展。

控制光线的能力是支撑从相机、传感器到通信系统和先进计算等各类技术的基石。然而，用于引导和塑造光线的传统元件，其运行速度通常远低于光速本身。这项新研究提出了一种克服该限制的方法：通过一种可编程的超薄光学表面，在短短74飞秒内实现光束的重定向与重塑。

特拉维夫大学弗莱什曼工程学院（Fleischman Faculty of Engineering）元光机械实验室（Meta-Optomechanics Laboratory）负责人 Lior Michaeli 博士是发表在同行评审期刊《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）上的该研究的共同作者。该研究展示了一种能够近乎瞬时控制光线的新型超薄光学表面。

该研究在加州理工学院（Caltech）Harry Atwater 教授的团队中开展，由现任加州大学伯克利分校教职人员的 Claudio Hail 博士主导，Michaeli 博士为共同作者。

这项突破的核心是一种超构表面（metasurface）——一种覆盖有精密设计的纳米级硅结构的超薄材料层，这些结构的尺寸小于光的波长。当被短激光脉冲照射时，硅结构会暂时改变其光学特性，使该表面能够在无需移动反射镜、透镜或其他机械部件的情况下，快速改变另一束光的路径和形状。

在实验室实验中，研究人员将光束向任一方向偏转了高达13度的角度。通过改变照明脉冲的空间模式，他们还能够重塑光束并生成不同的光图案。换言之，同一设备可根据其受照方式执行不同的光学功能。

Hail 表示：“核心思路是制造一种光学响应在制造完成后并非固定不变的超构表面。通过改变照明模式，我们可以重新配置设备引导和塑造光线的方式，并在超快时间尺度上完成这一过程。”

Atwater 解释说，由于光与大多数物质的相互作用通常很弱，历史上用一束光控制另一束光一直非常困难。

“光通常只与物质发生微弱的相互作用，因此用一束光控制另一束光极具挑战性，”他表示，“超构表面增强了这种相互作用，使得极小且极快的材料响应也能对出射光束产生有用的改变。”

Michaeli 表示，该项目展示了理论概念如何转化为实验现实。

“对我来说，最令人兴奋的是看到一个伴随我们多年的想法最终成为实验现实，”他说，“我们想要利用的超快效应本身非常微弱。我们必须设计超构表面，使其能够充分放大该效应，不仅足以被测量，还能用于引导和塑造光线。”

测得的开关时间接近激光脉冲本身的持续时间，这表明使用更短的脉冲可能实现更快的运行速度。该设备也没有任何活动部件，且在脉冲通过后能迅速恢复至原始状态。

如今，许多利用光进行通信的系统仍依赖于将光信号转换为电信号进行处理，然后再转换回光信号。更快、可编程的光学控制最终有望减少这种需求，使更多信息处理能够直接通过光来完成。

“这项工作指向了一个更广阔的机遇：利用工程化结构来增强光与物质之间的相互作用，并将其转化为用于控制、传感和信息处理的工具，”Michaeli 表示，“这与我们目前在特拉维夫大学正在推进的研究方向密切相关。”

资讯来源

- jns.org (2026-08-10) - 原文：以色列科学家助力解锁光基技术新可能 - 以色列与犹太新闻 - JNS