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微納尺度光開關(guān)是可集成光通訊、光計算器件及激光雷達(dá)等新一代光信息設(shè)備的核心基礎(chǔ)部件，其性能直接影響設(shè)備的功耗、集成度與應(yīng)用場景。作為專注于光通信器件研發(fā)與銷售的廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.racimosdehumanidad.com），始終密切關(guān)注光開關(guān)技術(shù)的前沿突破，近日，中國科學(xué)院物理研究所李俊杰研究員團隊的最新研究，為超高開關(guān)比光開關(guān)的發(fā)展帶來了革命性思路。

一、光開關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀：傳統(tǒng)方案的瓶頸與相變材料的崛起

目前，基于機械、電光及聲光調(diào)控的傳統(tǒng)光開關(guān)，普遍面臨功耗大、開關(guān)比小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易集成等問題，嚴(yán)重限制了其在新興微納光學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用。而硫系相變材料憑借相變前后顯著的光學(xué)參數(shù)變化，成為解決這一困境的關(guān)鍵 —— 其非易失相變特性無需額外外部驅(qū)動即可維持狀態(tài)，為低功耗、易制造、可集成的高性能光開關(guān)研發(fā)提供了全新方向。

二、中科院團隊硫系相變材料研究成果回顧

中國科學(xué)院物理研究所李俊杰團隊在硫系相變材料及其微納光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)深耕，已取得一系列創(chuàng)新性成果：

• 利用Ge₂Sb₂Te₅的高損耗特性，在紫外到近紅外超寬波段實現(xiàn)超表面完美吸波器 [Laser Photonics Rev. 2023, 17, 2200364]；

• 通過幾何相位梯度優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)出具有光子路由功能的動態(tài)調(diào)控雙層超表面 [Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2310626]，驗證了硫系相變材料在可調(diào)微納光學(xué)器件中的應(yīng)用潛力；

• 撰寫綜述文章 [Adv. Sci. 2024, 11, 2306344]，全面評述硫系相變材料在可重構(gòu)微納光學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用，為行業(yè)發(fā)展提供重要參考。

三、最新突破：多層膜法布里 - 珀羅腔光開關(guān)技術(shù)解析

近日，該團隊基于硫系相變材料設(shè)計的多層膜法布里 - 珀羅（F-P）腔光開關(guān)，首次將Ge2Sb2Se4Te（GSST）薄膜引入 F-P 腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了超高開關(guān)比的突破性進(jìn)展。

核心原理：相變調(diào)控的 “開 - 關(guān)” 機制

團隊創(chuàng)新性地利用 GSST 薄膜的相變特性：

• 當(dāng) GSST 處于非晶態(tài)時，光開關(guān)滿足 F-P 腔駐波條件，光場局域增強使共振波長處反射率接近零；

• 當(dāng) GSST 相變?yōu)榫B(tài)時，其折射率顯著變化導(dǎo)致駐波條件被打破，反射率大幅提升，形成 “開 - 關(guān)” 狀態(tài)的高效切換。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化：性能躍升的關(guān)鍵

通過進(jìn)一步優(yōu)化光開關(guān)結(jié)構(gòu)（包括抗反射層Al2O3、頂部反射層 Au、介質(zhì)復(fù)合層Al2O3/GSST/Al2O3和底部反射層 Pt/Ti 的厚度），在 1500nm 通訊波段，實驗 / 模擬最高開關(guān)比分別達(dá)到 735/2410，較文獻(xiàn)報道提升一個數(shù)量級，性能優(yōu)勢顯著。

四、技術(shù)示意圖與性能數(shù)據(jù)解析

圖 a 清晰展示了 GSST 光開關(guān)的多層結(jié)構(gòu)及 “非晶態(tài) - 晶態(tài)” 相變下的反射率切換原理，核心在于 GSST 薄膜的折射率調(diào)控作用。

圖 b 通過模擬數(shù)據(jù)表明，GSST 厚度對開關(guān)比影響顯著，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了關(guān)鍵參考。

圖 c 直觀呈現(xiàn)了非晶態(tài)時 F-P 腔的光場局域增強效應(yīng)，解釋了近零反射率的形成機制。

圖 d 的 SEM 圖像驗證了多層膜結(jié)構(gòu)的精確制備，為技術(shù)落地提供了實驗基礎(chǔ)。

圖 e 的實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果高度吻合，證實了超高開關(guān)比的可靠性。

圖 f 顯示該光開關(guān)在寬溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用場景。

該研究成果以 “Ge2Sb2Se4Te-based Optical Switch with Ultra-high Contrast Ratio by Multilayer Fabry-Perot Cavity” 為題發(fā)表于《Advanced Science》（2 月 14 日），為光數(shù)據(jù)存儲、信息加密、動態(tài)光調(diào)制等領(lǐng)域提供了高性能光開關(guān)解決方案。

廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.racimosdehumanidad.com）作為光通信器件領(lǐng)域的專業(yè)供應(yīng)商，深刻認(rèn)識到此類超高開關(guān)比光開關(guān)的技術(shù)價值。未來，公司將持續(xù)關(guān)注硫系相變材料等前沿技術(shù)在光通信器件中的應(yīng)用，致力于為客戶提供更低功耗、更高性能、更易集成的光開關(guān)產(chǎn)品與解決方案。

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