將遠小於一支普通雷射筆的百微瓦量級光功率穩定地轉換為可見光。
據麥姆斯諮詢報導，近日西工大物理科學與技術學院趙建林教授研究團隊六年堅持不懈，成功研發光波長轉換器件，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。這項成果不僅破解光纖領域難題，也為開發其他高性能全光纖非線性光信息處理器件提供了新思路。
相關研究成果日前以「High-efficiency second-order nonlinear processes in an optical microfibre assisted by few-layer GaSe」為題，在線發表於國際光學頂尖期刊Light: Science & Applications。論文第一作者為團隊姜碧強副教授，通訊作者為甘雪濤教授和趙建林教授，西工大為唯一作者單位。論文連結為：https://www.nature.com/articles/s41377-020-0304-1。
Light：Science and Applications由Nature出版集團與中科院長春光機所合作出版，期刊入選「中國科技期刊卓越行動計劃」—領軍期刊目錄，影響因子在全球所有原創性光學期刊中排名第二。
全光纖的波長轉換
光纖在我們生活中無處不在，有了光纖才有了遍布城鄉連接中外的高速網際網路、高清數位電視、5G移動通信。從1970年美國製造出世界上第一根可用於光通信的光纖，半個世紀以來，相關領域專家始終朝著「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，一般需要高功率雷射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，就成為了困擾科學家們的一個難題。
西工大趙建林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，藉助硒化鎵的二階非線性效應實現了在全光纖中光波長轉換的有效控制，極大提高了光波長轉換效率，降低了轉換能耗。
「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，就構成了一個非常簡單且高效的光波長轉換器件。」研究團隊的姜碧強副教授解釋說，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了新的思路。
「為了這一瞬的光，我們團隊整整探索了6年。」趙建林教授介紹說，2014年團隊開始了實驗嘗試。自主設計小型實驗裝置，搭建完成整套光的產生、調製、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、調製、開關、光速的控制等，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，藉助光譜測量、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中最終實現成功的突破。
「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。」趙建林教授說，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」基礎設施的光纖，也迎接創新發展的機遇。「希望我們的研究瞄準國家發展的重大需要，產出更多創新成果，成為新一代信息技術領域的引領者。」趙建林表示。