“越弯曲光越强”……弯折后信号增强3倍的超薄光器件问世[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 17 May.2026 09:00(KST)

UNIST与亚洲大学联合研究团队实现柔性光转换器件
即使反复弯折190次性能仍保持稳定…有望应用于可穿戴光传感器

韩国国内研究团队开发出一种可弯曲、且弯曲得越厉害光信号越强的超薄光转换器件。该成果颠覆了传统柔性电子·光学器件“弯曲会导致性能下降”的局限，预计今后将应用于可穿戴光传感器和新一代柔性光学设备的开发。

蔚山科学技术院（UNIST）17日表示，Park Hyeongryeol·Namgung Seon物理学系研究团队与An Yeonghwan亚洲大学物理学系研究团队合作，开发出一种可根据弯曲程度调节光信号强度的柔性光转换器件。

通过弯曲来放大光信号的柔性光转换器件。研究团队供图。

相关研究成果已于本月8日（当地时间）在线发表在国际学术期刊《Science Advances》上。

此次开发的器件具备将入射光波长减半后再发射的“光转换”功能。例如，可将波长为800纳米（㎚）的红外光转换为波长400㎚的二次谐波（second harmonic generation，SHG）信号。

光转换技术已广泛应用于激光和精密光学设备等领域，但以往必须使用较厚的光学介质，因此在小型化和柔性化方面存在局限。

研究团队将超薄二维半导体材料——单层二硫化钼（MoS₂）与金属纳米缝结构相结合，破解了这一难题。

开发出的器件呈现为金属薄膜与二硫化钼依次堆叠在柔性基底上的结构。尤其是在金属薄膜之间形成了宽度约20㎚的超微细缝隙（纳米缝），该缝隙起到强烈聚焦光场的作用。

当器件向内侧弯曲时，纳米缝间距进一步缩小，等离激元近场（plasmonic near-field）被强烈激发，由此反而使光信号强度增加。相反，当向外侧弯曲时，缝隙被拉开，信号则减弱。

随着弯曲变形，金属纳米缝隙的间距发生变化，从而调节光信号强度的柔性光转换器件的结构及其测量结果。向内弯曲时，纳米缝隙变窄，信号增强；向外弯曲时，缝隙拉大，信号减弱。通过光学显微镜和电子显微镜分析，研究团队还确认了纳米缝隙宽度的实际变化。研究团队供图

实验结果显示，在施加约1.2%压缩形变时，SHG信号较形变前增强约3倍。研究团队解释称，若按光实际聚焦的纳米缝区域进行折算，相比平坦金薄膜上的二硫化钼，可实现最高约8400倍的局域增强效果。

第一作者、研究员Seo Bagyeom表示：“过去一直认为形变会削弱光信号，而本研究表明，完全可以将形变本身用作信号调控手段。”

研究团队在重复弯曲实验中也验证了器件的高耐久性。即使反复弯折190次以上，光信号仍保持在初始值的95%以上。

此外，拉曼光谱分析结果显示，纳米缝结构在一定程度上分散了传递至二硫化钼的应力，从而也减轻了材料损伤。

研究团队合影。（自左起）Park Hyunglyeol UNIST教授、An Younghwan 亚洲大学教授、Seobagyeom Sharma Sobhagyam UNIST研究员。UNIST供图

Park Hyeongryeol教授表示：“这一技术不仅可应用于柔性光器件，也可用于开发读取不同弯曲状态下信号变化的形变传感器，同时还能作为研究超薄材料中基于形变的物性变化的平台。”

研究团队期待，这项技术未来将被用于可穿戴光传感器、可调光调制器、超小型频率转换器件等新一代柔性光电子与集成光学系统的开发。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。