科學家們一反傳統觀念，發現了一種涉及洩漏模式的新型耦合機制，這種耦合機制以前被認為不適合光子電路的高密度集成。這一驚人發現為高密度光子集成鋪平了道路，改變了光子芯片在光計算量子通信、光探測和測距（LiDAR）、光學計量和生化傳感等領域的潛力和可擴展性。

描述光在所開發的基於超材料的光學半導體的波導陣列中無串擾傳播的插圖。資料來源：KAIST 集成超光子學小組

在最近出版的《光科學與應用》（Light Science & Application）雜誌上，韓國科學技術院（KAIST）電子工程系副教授Sangsik Kim 和他在德克薩斯理工大學的學生證明，各向異性漏波可以利用亞波長光柵（SWG）超材料實現緊密間隔的相同波導之間的零串擾。這一與直覺相反的發現大大增加了橫向磁（TM）模式的耦合長度，而由於橫向磁（TM）模式的約束性較低，一直以來都是個難題。

這項研究建立在他們之前對SWG 超材料用於減少光學串擾的研究基礎之上，包括控制蒸發波的集膚深度和各向異性導波模式中的特殊耦合。最近，SWG 在光子學領域取得了重大進展，使各種高性能PIC 元件成為可能。然而，TM 模式的集成密度仍然面臨挑戰，其串擾大約是橫向電（TE）模式的100 倍，阻礙了高密度芯片集成。

“我們的研究小組一直在探索用於密集光子集成的SWG，並取得了顯著的改進。然而，以前的方法僅限於TE 極化。在光子芯片中，還有另一種正交偏振TM，它可以使芯片容量翻倍，有時比TE 更受歡迎，例如在漸變場傳感中。”Kim 解釋說：”TM 比TE 更難密集集成，因為它的波導寬高比通常較低，限制較少。”

起初，研究小組認為使用SWG 不可能減少串擾，因為他們預計洩漏模式會增強波導之間的耦合。然而，他們把重點放在了各向異性擾動與洩漏模式的潛力上，並假設可以實現交叉抵消。

通過對洩漏SWG 模式的模態特性進行耦合模式分析，他們發現了具有類似洩漏模式的獨特各向異性擾動，從而實現了緊密間隔的相同SWG 波導之間的零串擾。利用Floquet 邊界仿真，他們在業界現成的標準絕緣體上矽（SOI）平台上設計出了切實可行的SWG 波導，與帶狀波導相比，其串音抑制效果顯著，耦合長度增加了兩個數量級以上。

這一突破還大大降低了PIC 內的噪聲水平，對量子通信和計算、光學計量和生化傳感具有潛在影響。研究人員進一步強調了他們工作的廣泛意義，指出這種新穎的耦合機制可以擴展到其他集成光子學平台和波長范圍，包括可見光、中紅外和電信波段以外的太赫茲。

這種驚人的耦合機制拓展了密集光子集成的潛力，打破了傳統觀念，推動了該領域的發展。隨著研究的不斷深入，光子學產業很可能會轉向密度更大、噪聲更低、效率更高的集成電路技術。