光學、聲學與電子學的交叉融合催生出諸多極具價值的研究成果。斯坦福大學近期的一項研究便是這類交叉創新的典型案例。該團隊研發出一種新型技術，借助聲波對局限在幾納米間隙內的光束進行調控，最終實現了通過機械方式精準控制光的顏色與強度。

簡單來說，研究團隊采用鏡面支撐微粒結構排布金納米顆粒，顆粒與鏡面間增設了幾納米厚的可壓縮聚合物間隔層。隨后，通過叉指換能器驅動表面聲波，成功以接近千兆赫茲的速率實現了光散射的動態調控。

表面聲波會使聚合物產生機械形變，由此引發的非線性力學效應，帶來了遠超預期的應變效果與光譜調控幅度。該技術方案為電驅動動態超表面的設計提供了新思路，同時也為探索超受限空間內聚合物的高頻力學特性奠定了基礎。

SAW+隙等離子體控光線

當然，這項技術的完整原理遠比上述簡述復雜。其核心目標是找到一種能對納米光子學中金屬納米結構的光學共振特性進行高速電調控的方法。

為達成這一目標，團隊結合了電驅動表面聲波技術與間隙等離激元的超強聚光特性。表面聲波促使聚合物發生機械形變，產生的非線性力學作用形成了顯著應變，進而實現了大幅光譜調制。

這款新器件看似簡單，金納米顆粒以粒子對鏡子排列，配有可壓縮聚合物間隔器（見圖1）。具體來說，薄金鏡面覆蓋了一層超薄的硅基橡膠聚合物，厚度僅幾納米。研究團隊可以將硅膠層制成所需的厚度，范圍在2到10納米之間（作為對比，中頻帶光波長約為550納米）。

1. 金納米顆粒在金鏡上的聲學調制。（A）擬議的表面聲波（SAW）裝置示意圖，該裝置能夠聲學調制間隙等離激元。一個帶啁啾的指間電極換能器（IDT）安裝在LiNbO 3基板（灰色）上，發射能夠調制置于金納米鏡子（NPoM系統）間隙中的聚二甲基硅氧烷層（PDMS，藍色）厚度的SAW。等離子體共振的變化可以在暗場顯微鏡中監測。（B）SAW處于非活躍狀態（上方）和活躍狀態（下方）的州圖。預計在SAW發射時，NPoM的間隙大小將發生變化。（C） 光學暗場圖像顯示NPoMs在SAW反應下顏色發生清晰變化。（D） 對直徑100納米的NPoM進行電磁仿真，顯示不同間隙尺寸下散射截面譜的變化。計算用于40納米直徑面的非偏振光譜儀的S偏振照明。（E） 兩種觀測到的間隙等離激元模態中散射電場的垂直振幅，間隙為4納米。S11場剖面測自670納米，S12場在530納米，如（D）中的紅色星所示。（F）從面板（D）取自選定PDMS厚度的散射截面光譜。間隙從~4納米增加到~6納米，與面板（C）中顯示的NPoMs的實驗觀察到的顏色變化一致。

隨后，研究人員在硅基聚合物表面沉積了一層直徑 100 納米的金納米顆粒陣列。打個形象的比方：這些納米顆粒如同金色沙灘球，“漂浮” 在聚合物構成的 “海洋” 上，下方的金鏡則如同鏡面海底。納米顆粒與金鏡共同匯聚光束，并將其聚焦到二者之間的聚合物層中，從而把光束壓縮至納米尺度。

而裝置的另一關鍵部分，是在側邊接入了充當超聲波發聲器的叉指換能器。該換能器能產生頻率接近千兆赫茲的高頻聲波，并讓聲波在聚合物薄膜表面傳播（見圖 2）。這些表面聲波沿著納米顆粒下方的金鏡表面傳播，而具有彈性的聚合物層如同彈簧一般，在聲波經過時發生伸縮形變，帶動納米顆粒上下振動。

2. 表面-聲波換能：（A）實驗裝置的照片，顯示設備在顯微鏡下安裝在印刷電路板上。通過同軸電纜耦合兩瓦射頻能量。彩虹色的路徑展示了右側光學元件所產生的s偏振暗場照明。（B）通過機電模擬的SAW模態形狀，顯示基底厚度中的總位移分布。顏色條代表總位移的大小。（C）在金片NPoM結構下的SAW垂直位移，展示了模擬和具代表性的測量結果。（D） 設備的光學圖像，插入圖顯示IDT指尖的光學圖像和IDT右側金屬薄膜頂部NPoM顯微照片。（E） 600 MHz 的 SAW 仿真，顯示 LiNbO3 基板厚度中垂直位移幅度 uy。SAW是沿基底表面傳播的導波，而體聲波（BAW）是從IDT發射到基底主體的寄生模態。

光束壓縮效應

當研究人員向該系統發射光束時，光束會被 “壓縮” 到金納米顆粒與金膜之間的振動間隙中。盡管這些間隙的尺寸變化僅有幾個原子的寬度，卻足以對光束產生顯著影響。間隙尺寸決定了每個納米顆粒共振發光的顏色，研究人員通過調節聲波來控制間隙大小，進而實現了對光的顏色和強度的精準調控。

最終呈現的效果是：黑色背景下，多彩的納米顆粒不斷閃爍，宛如夜空中的繁星。未照射到納米顆粒的光束會被金鏡反射出觀測視野，只有經納米顆粒散射的光線才能傳播到人眼。因此，金鏡看起來呈黑色，而每個金納米顆粒都像星星般閃耀。

這項技術的應用前景目前尚無定論，仍處于推測階段。其潛在應用領域包括超薄顯示屏、三維全息成像、光通信以及超高速光基神經網絡等。這類前沿技術的突破往往充滿不確定性，未來有望開辟出意想不到的應用方向。