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加拿大不列颠哥伦比亚理工大学应用物理学教授Nanfang Yu领导的一研究小组发明了一种利用纳米天线控制高效控制光线在受限路径或波导中传播的新方法。为了验证该方法，他们创建了一个光子集成设备，该设备不仅能够记录光的传播足迹，还能在前所未有的宽波段范围内保持最佳光学性能。 图为波导模式转换器示意图 光子集成电路（IC）利用光代替电学元件实现数据传输，其设计基于光在波导内的传播，因此，对光束传播方向的控制是设计此芯片的核心技术之一。Nanfang Yu教授的新方法可以使光学芯片更加快速、更加强大、且更加高效，同样，该技术也将加速光通信和光信号处理的研究进程。 Nanfang Yu教授表示：“我们建立的纳米光子集成器件的工作在前所未有的带宽范围内，我们可以利用纳米天线缩小光子集成器件的尺寸。类似的情况在20世界50年纪也发生过，那时候大的真空管被更小的半导体晶体管所替代。该研究为基础科研瓶颈提供了一个革命性的而解决方案，即如何才能更有效的控制光在波导中的传播。” 研究团队发现，控制光在波导里传播的最有效方法就是用光学纳米天线“装饰”波导：这些微型天线能够将光线从波导内“拉出”并修改光的特性，之后再将光还原到波导当中。这些纳米天线的密集阵列的积累效应非常强大，可以实现在不到2倍波长的传输距离内实现波导模式的转换。 Nanfang Yu教授补充道：“由于传统实现波导模式转换的方法都需要在数千倍波长的距离，我们的新方法可以将设备尺寸降低10-100倍左右。” 研究团队创建了一个波导模式转换器，顾名思义，该转换器能够将一种波导模式转换为另一种波导模式，这其中利用到的关键技术就是“波分复用”（MDM）。一个光波导可以支持一个基本的波导模式一组高阶模式，类似于一把吉他可以支持一个基本音及其和铉。MDM是一种能够大幅度增强光学芯片信息处理能力的技术：我们可以利用同一波段的光通过同一波导的多个不同的波导模式，以同时实现信息的多通道传输。 Yu教授解释道：“这种现象类似于乔治·华盛顿桥有能力同时处理多个交通流量，我们的波导模式转换器可以创建多个信息通道。” 图为波导模式转换器原理示意图 该研究团队的下一步工作计划是将有源可调谐光学材料集成到光子集成器件当中，以实现对光在波导中传播的有源控制。这种有源器件是增强现实（AR）眼镜的基本模块，增强现实眼镜是谷歌推出的，佩戴后能够确定两只眼睛的相差，并对其进行校正。Yu教授同时也在探索将波导中传播的光转化为强表面波，这有望在未来应用于化学与生物传感器。
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