研究人员提出了一种创新的双步激发方法，该方法能够高效地激发并清晰分离双曲极化激元的不同模式。

由国际科研团队携手合作，推出了一种生成并操控被称作高阶双曲声子极化激元（HPhPs）的极受限光物质波的新方法。利用这一方法，研究人员实现了波品质与传播距离的创纪录水平。该技术还巧妙利用了边界的清晰界定，产生了一种被称为伪双折射效应的现象，使得这些波能够依据其模式被分离并引导。

据《自然·光子学》杂志报道，该研究结果为构建纳米级光学元件开辟了新的可能性，此类元件可支持快速的信息处理和高度灵敏的化学传感。

随着对更小、更高效的光基电路的需求日益增长，研究人员愈发聚焦于极化激元。极化激元是光与物质激发（如等离子体激元或声子）发生强相互作用时产生的混合态。极化激元能将光压缩至远低于其常规波长的尺度，突破了传统远场光学的局限。

最为受限的版本被称为高阶极化激元，因其所需的动量远超标准单步激发技术所能提供的范畴，故而始终难以被观测到。

增强动量的两步策略

为应对这一挑战，来自上海交通大学和中国国家纳米科学中心的研究人员，与西班牙 CIC nanoGUNE 研究中心及加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICFO——光子科学研究所）的团队携手合作，设计出一种两阶段激发法。

这一过程始于一束光照射下的纳米级金天线，它提供了初始的冲量爆发。在置于单晶金衬底之上的光滑双轴三氧化钼（MoO3）晶体薄片上，这便催生出了基础型（或零阶）双曲声子极化激元。随后，极化激元向金层边缘移动，此处衬底戛然而止，而晶体则延伸至空气中。当波遇到这一锐利边界时，便会发生散射，进而转化为高阶声子极化激元。

“在边界处散射零阶极化激元，可为激发高阶模式提供所需的大动量提升，”该研究的主要作者之一雷纳·希伦布兰德教授解释道，“我们发现，与传统单步激发技术相比，这种两步法可大幅提高激发效率。”

这种增强的激发效率，加之超光滑、低损耗的空气悬浮三氧化钼（MoO₃）薄板，使研究团队得以观测到品质空前优异的高阶极化激元。这些波实现了创纪录的高品质因数（约45）和长传播距离，彰显了其在下一代光子技术领域的巨大潜力。

引导纳米光的新方法

这种新型极化激元激发技术最引人注目的成果，是研究团队所称的“伪双折射”现象。在尖锐的金-空气界面处，不同的极化激元模式在空间上彼此分离，同时保持了各自的偏振特性。基阶模式与高阶模式以不同角度发生弯曲，致使它们沿截然不同的方向传播。

另一位主要作者戴庆教授表示：“我们已在纳米尺度上成功打造出光的‘交通管制员’。这种对不同阶双曲极化激元进行分类的能力，为设计超紧凑型光子电路提供了新工具。它类似于某些晶体中的双折射效应，但在此过程中，光的偏振状态不会发生任何改变，且效应强度要高出十倍以上。”

这种强大的模式分选效应可应用于模式分复用技术——该技术利用不同的波形沿单一纳米波导传输多个独立数据流，从而大幅提高信息处理能力。其他潜在应用包括新型光学滤波器、波片以及高灵敏度片上生物传感器。

总体而言，这项工作为在纳米尺度上操控光提供了基础性平台，对未来纳米光子学、片上通信和信息技术处理的发展具有深远影响。

参考文献：娜·陈（Na Chen）、滕汉超（Hanchao Teng）、胡海（Hai Hu）、F. 哈维尔·加西亚·德阿巴霍（F. Javier García de Abajo）、莱纳·希伦布兰德（Rainer Hillenbrand）和戴庆（Qing Dai）于2025年10月3日发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）的《边界诱导的高阶双曲声子极化激元的激发》。DOI：10.1038/s41566-025-01755-5