具备“可编程”的光谱调控能力将带来前所未有的光谱效率和网络灵活性，从而彻底改变众多光子系统。然而，大多数现有光学元件具有固定的光谱功能，可调性有限，难以适配紧凑且快速的光谱要求。新加坡国立大学的留伟鑫博士（第一作者）、许司宇博士和李正国教授（通讯作者）研制出一种基于电致对称破缺机制的像素化纳米光机电（NOEM）光栅，通过在亚波长结构与布拉格光栅间实现可逆相变，实现了超紧凑（0.007 mm²）片上光谱整形。该器件通过纳米级静电位移精确控制光栅单元的耦合强度，首次在芯片尺度实现了纳秒级响应（<10 ns）、高对比度（>100 dB）的可编程光谱调控，可动态生成任意形状的光谱滤波响应。该成果以“Ultracompact on-chip spectral shaping using pixelated nano-opto-electro-mechanical gratings”为题发表在Science。
核心创新点
1.电致对称破缺机制：通过电压控制光栅单元纳米级位移，打破结构对称性，实现亚波长透明态与布拉格反射态的可逆切换；
2.像素化独立调控：将光栅离散为可独立驱动的像素单元，支持逐点编程合成复杂光谱（如多波长梳状滤波、Moiré叠栅等）；
3.超高性能指标：兼具纳秒级速度（较传统热光/液晶器件快千倍以上）、皮焦级能耗（1 pJ/次）和超高循环耐久性（＞2×10¹²次）；
4.通用设计算法：提出”逐层剥离”算法，可直接从目标光谱反演光栅驱动电压，实现任意光谱的快速重构。
图1：像素化调控的纳米光电机光栅。
图2：电致对称破缺机制。
图3：像素化NOEM光栅对复杂光谱的动态可重构。
论文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu8492
