中国科学院国家纳米科学中心制极极化激元“光晶体管”

光电互联以光纤为传输媒介、以WDM( wavelength division multiplexed波分复用)为传输技术、以IP为网络通信协议，并在此基础上承载各种业务。光互联网泛指使用了WDM传输技术的IP网，即IP 数据包直接在WDM系统网络上来进行传输或交换。

近期，国家纳米科学中心利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“光晶体管”功能。该研究充分发挥了不同材料的纳米光子学特性，从而突破了传统结构光学方案如使用人工结构(超材料和光子晶体等)在波段、损耗、压缩和调控等方面的性能瓶颈。

极化激元的物理概念最 早由我国物理学家于1951年提出，它是一种存在于材料表界面上的电磁模式，能将光场压缩聚焦至很小尺度，因而可实现在纳米尺度上的光信息传输和处理。

在研究光学模与电磁波的相互作用中，由于光子是横向电磁场的量子，光照射离子晶体时将激发横向的电磁场，从而对离子晶体中光频支横波振动产生影响，特别是当光子频率ω=kc与横波光学模声子(TO声子)的频率ωT(约1013s-1)相近时，两者的耦合很强，其结果将使光子与TO声子的色散曲线都发生很大的改变，形成光子-横光学模声子的耦合模式，其量子称为极化激元，是离子晶体中的元激发。

光晶体管是由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓(GaAs)，主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。

光晶体管由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓(GaAs)，主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，对于GaAs-GaAlAs，放大系数可大于1000，响应时间大于纳秒，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快(约为50皮秒)，但缺点是光敏面积小，增益小(放大系数可大于10)，常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快(响应时间几十皮秒)、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。

透过将激光束集中在单分子上，ETH Zurich的科学家只用单个分子就产生激光运作的基本条件──受激发射。由于在低温下，分子会增加它们的外表面积来跟光线互动，因此研究人员将分子冷却到摄氏零下272度，也就是只比绝对零度高1度。

两条光束瞄准单分子

在受控制的模式下，利用一道激光束来让单个分子进入量子态，研究人员如此能明显的缩减或是放大第二道激光束。这种运作模式与传统的晶体管如出一辙;晶体管内的电位能用来调变第二个信号。不过ETH Zurich并未透露其单分子的化学方程式。

由于其性能与散热效能的优势，光子运算技术是科学家们长期追求的目标;光子(photon)不仅发热比电子少，也能达到高出相当多的数据传输速率。不过光通讯技术却只能逐步地从长距离通讯，进展到短距离通讯，再进入单系统中。

光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体三极管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体三极管可分为两类：双极型光晶体管、光场效应光晶体管及其相关器件。

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