中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)鄒長(zhǎng)鈴教授與中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所車延科研究員、張闖研究員等合作，成功研制出一種運(yùn)動(dòng)軌跡可編程的光致動(dòng)器，用于集成光學(xué)芯片上的器件重構(gòu)。該制動(dòng)器由有機(jī)分子晶體組成，尺寸僅為微米量級(jí)，可以通過(guò)低功率激光遠(yuǎn)場(chǎng)照射的方式進(jìn)行供能驅(qū)動(dòng)和軌跡調(diào)控，從而在光芯片上實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、跨越波導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)片上微結(jié)構(gòu)的組裝和操控。基于此，研究團(tuán)隊(duì)首次在光子芯片上實(shí)現(xiàn)了對(duì)微環(huán)諧振腔共振頻率的動(dòng)態(tài)、半永久性的精密調(diào)控。該研究成果以“Optically-driven organic nano-step actuator for reconfigurable photonic circuits”為題，9月2日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表。

可重構(gòu)光子集成線路是未來(lái)自適應(yīng)光計(jì)算、量子信息處理和智能傳感系統(tǒng)的核心組件，其微納結(jié)構(gòu)的后期組裝與動(dòng)態(tài)重構(gòu)能力是目前該領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)器的調(diào)控手段往往需要持續(xù)性的供能；而現(xiàn)有微操控技術(shù)，如光鑷需在液相環(huán)境中操作且近場(chǎng)探針易造成器件損傷，均難以滿足片上非液相、非破壞性和低功耗操控的需求。

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圖1.有機(jī)光致動(dòng)器操控的實(shí)驗(yàn)裝置與示意圖

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用靛藍(lán)類給受體分子制備出有機(jī)微晶光致動(dòng)器，在405nm激光驅(qū)動(dòng)下，可在硅、氮化硅、藍(lán)寶石、鈮酸鋰等多種光子芯片基底上實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)（圖1）。通過(guò)自行搭建掃描振鏡控制系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)軌跡的完全編程控制，單步運(yùn)動(dòng)精度達(dá)30nm，并具備前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向等多自由度運(yùn)動(dòng)能力，還能推動(dòng)直徑22μm的二氧化硅微球精確定位，展現(xiàn)出強(qiáng)大的片上微納操縱性能（圖2）。

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圖2.有機(jī)光致動(dòng)器的可編程受控組裝

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將該光致動(dòng)器應(yīng)用于鈮酸鋰光子芯片，成功演示了對(duì)微環(huán)諧振腔共振頻率的動(dòng)態(tài)調(diào)制。當(dāng)執(zhí)行器跨越微環(huán)時(shí)，共振頻率發(fā)生5.2GHz的偏移，且器件的品質(zhì)因子未發(fā)生顯著劣化（圖3）。這一結(jié)果為實(shí)現(xiàn)非易失性、可逆的光子線路動(dòng)態(tài)調(diào)控提供了全新路徑。

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圖3.有機(jī)光致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)集成光子線路的重構(gòu)

該光致動(dòng)器具有低功耗、非侵入、兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，不僅可用于光子器件的后期調(diào)諧與重構(gòu)，還為片上集成功能材料（如增益介質(zhì)、非線性晶體、相變材料等）的精確定位與組裝提供了通用技術(shù)平臺(tái)。這一成果有望推動(dòng)自適應(yīng)集成光子線路、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化光電集成系統(tǒng)和納米機(jī)器人等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張繼哲博士（現(xiàn)于中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所開展博士后研究）、徐新標(biāo)特任副研究員與中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所鞏彥君博士為論文共同第一作者。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)“雙一流”建設(shè)經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目的有力支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63521-z