违背传统智慧，科学家们发现了一种引人注目的耦合机制，涉及常被认为不适用于光子电路高密度集成的漏失模式。

这一令人惊讶的发现为密集光子集成铺平了道路，从而改变了光子芯片在光计算、量子通信、光雷达、光学计量和生物化学传感等领域的潜力和可扩展性。

在最新一期《Light Science & Application》期刊上，韩国科学技术高级学院（KAIST）电气工程副教授Sangsik Kim及其在得克萨斯理工大学的学生们展示了一种与亚波长光栅（SWG）超材料相关的各向异性漏泄波，能够在紧密排列的相同波导间实现零串扰。这种反直觉的发现极大增加了横向磁场（TM）模式的耦合长度，该模式由于其低限制效果而一直以来举足轻重。

这项研究建立在他们以往关于减少光学串扰的SWG超材料研究的基础上，包括对驻波场的皮肤深度控制和各向异性导模式的卓越耦合。近年来，SWG在光子学领域取得了重大进展，使各种高性能光子集成电路的组件成为可能。然而，横向磁场模式显示出与纵向电场（TE）模式相比约100倍的串扰，这制约了高密度芯片的集成。

“我们的研究小组一直在探索SWG以实现密集光子集成，取得了显著的改进。然而，以往的方法仅适用于TE偏振。在光子芯片中，还存在另一种正交偏振TM，它可以使芯片容量翻倍，并且有时比TE更受欢迎，比如在驻波场传感中。由于其通常具有较低的宽度与高度波导纵横比，与TE相比，TM难以实现密集集成，”Kim解释道。

起初，研究团队认为使用SWG无法减少串扰，因为他们预期漏失模式会增强波导之间的耦合。然而，他们集中研究了各向异性的扰动与漏失模式的潜力，并假设可以实现交叉抵消。

他们将耦合模分析应用于漏失SWG模式的模态特性，发现了独特的各向异性扰动与漏失模式，从而导致紧密排列的相同SWG波导之间的零串扰。通过利用Floquet边界模拟，他们设计了一种在标准硅绝缘层（SOI）平台上实现的可实际使用的SWG波导，该平台在工业中已经广泛存在，与条形波导相比，实现了显著的串扰抑制和耦合长度增加两个数量级。

这一突破还显著降低了光子集成电路的噪声水平，对量子通信、量子计算、光学计量和生物化学传感等领域具有潜在的影响。研究人员进一步强调了他们工作的广泛影响，指出这种新颖的耦合机制可以拓展到其他集成光子学平台以及可见光、中红外光和太赫兹波段之外的波长范围。

这一令人惊讶的耦合机制扩展了密集光子集成的潜力，打破了传统智慧的限制，并推动了该领域的发展边界。随着研究的深入，光子学行业很可能向更密集、噪声更低、更高效的光子集成电路技术迈进。