维度网讯，美国麻省理工学院研究人员利用一项名为“内爆雕刻”的新技术，制造出可用于光学计算等可见光操控应用的纳米光子设备。相关论文于近日发表在《自然·光子学》上。

该技术允许研究人员利用光图案化在水凝胶上印刻特征，并以约800纳米的分辨率进行图案化，随后可将这些特征缩小至不到100纳米。由于分辨率小于可见光波长（380至750纳米），纳米光子设备能以特定方式弯曲光线，从而执行光学计算。整个过程中，水凝胶在每个维度上缩小十倍以上，体积缩小约2000倍。

“为了在可见光中实现纳米光子学应用，我们需要制造特征尺寸分辨率小于100纳米的纳米结构，”论文主要作者之一、前麻省理工学院博士后、现任华盛顿大学助理教授的Quansan Yang表示。“只有这样才能精确创造操控可见光的结构。”论文共同第一作者、前麻省理工学院博士后Gaojie Yang也是主要作者。高级作者包括麻省理工学院激光生物医学研究中心主任Peter So教授和神经技术教授Edward Boyden。Boyden还是霍华德·休斯医学研究所研究员及麻省理工学院多个研究所成员。

在雕刻过程中，水凝胶先浸入光敏染料，随后激光在特定位置激发光敏剂产生自由基，切断化学键形成空位。之后水凝胶经离子溶液浸泡和超临界干燥，最终体积缩小2000倍。研究人员利用该技术创建了螺旋体、蝴蝶翅膀结构等多种3D形状，并制造出一款可执行数字分类任务的设备。该设备通过空位图案引入光衍射，模仿神经网络完成数字识别。

“这是一个纯粹的光学系统，能够有效执行光学计算，”So说。“你可以在每一个微小位置操纵材料属性，”论文作者之一、前麻省理工学院博士后、现老道明大学助理教授Dushan Wadduwage补充道。“我们有数百万个位置需要决定属性，这变成了一个设计问题，可用深度学习算法设计新部件。”研究人员目前计划利用相同原理构建可分类流经微流控设备细胞的光学设备，以识别血液样本中的循环肿瘤细胞。该方法还可用于高通量成像分析活检组织样本，或适配其他材料后用于3D纳米流体设备通道制造。研究由麻省理工学院-藤仓合作基金、美国陆军研究办公室、Lisa Yang和Y. Eva Tan、John Doerr、开放慈善项目、霍华德·休斯医学研究所及美国国立卫生研究院部分资助。

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