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【爆料】“光子芯片”要诞生可将设备尺寸缩减至1%

发布日期:2021-09-23 16:46浏览次数:
本文摘要:近日,哥伦比亚大学应用于物理系助理教授虞南方(NanfangYu)博士带领的研究团队,利用纳米天线,顺利地发明者了一种需要在狭小路径,或者所谓的“波导”中,对光线传播展开高效掌控的新途径。该论文公开发表于4月17日在线出版发行的《大自然·纳米技术》杂志上。图|虞南方比起于倚赖电子展开数据传输的集成电路,光子集成电路(IC)利用在波导中传播的光线展开数据传输。而打造出这类电路的关键之处在于对光传播这一过程展开有效地掌控。 虞教授的方法将为人们带给更加慢、更加强劲、效能更高的光子芯片。

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近日,哥伦比亚大学应用于物理系助理教授虞南方(NanfangYu)博士带领的研究团队,利用纳米天线,顺利地发明者了一种需要在狭小路径,或者所谓的“波导”中,对光线传播展开高效掌控的新途径。该论文公开发表于4月17日在线出版发行的《大自然·纳米技术》杂志上。图|虞南方比起于倚赖电子展开数据传输的集成电路,光子集成电路(IC)利用在波导中传播的光线展开数据传输。而打造出这类电路的关键之处在于对光传播这一过程展开有效地掌控。

虞教授的方法将为人们带给更加慢、更加强劲、效能更高的光子芯片。不仅如此,这样的芯片反过来也将为光子通信与光子信号处理带给翻天覆地的变革。

虞教授说道,我们所打造出的这一个构建纳米光子器件,所占到面积是有史以来大于,但却同时享有迄今为止最长的工作比特率。在纳米天线的协助下,我们需要大大增大光子构建器件的尺寸。

而尺寸增大的程度,远不如在20世纪50年代时,由半导体晶体管代替大型真空管的那众多横跨。如何需要以有效地的方式去掌控波导中传播的光线?这个问题仍然是这一领域尤为基础和最重要的科学问题。而我们的工作则为这个问题寻找了一个革命性的答案。沿波导传播的光波的光功率被容许在波导的核心范围内:研究人员一般来说不能通过波导表面附近不存在的微小的、渐渐消逝的“尾迹”去找寻有关导波的蛛丝马迹。

这些诡异难测的导波尤其难以实现准确操控。因此在以往实践中,光子构建器件往往设计成较小的尺寸,占用空间不说道,还容许了芯片的器件构建密度。

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增大光子构建器件的尺寸仍然是研究人员期望需要攻下的难题之一。虞教授的团队找到,对于在波导管中传播的光线而言,尤为有效地的掌控手段是利用光线纳米天线去“标记”波导管。这些微型天线需要从波导芯片内部吸取光线,转变光线的性质,随后又将这些标记过的光线获释返波导之中。密集填充的纳米天线展现出出有了极强的积累效应,他们需要在不多达两倍波长的传播距离内,构建诸如波导模式切换等功能。

虞教授说道,“在传统方法中,我们用于的器件长度大多数超过了波长的数百倍。考虑到这一点,我们的研究算是是一次重大突破。我们早已需要将设备的尺寸增大到原本的十分之一甚至百分之一。

”图|光子集成电路示意图,其中一条分支将入射光的基本波导模式转换成二阶模式虞教授团队打造出了一款可将可将某一波导模式切换为另一波导模式的模式转换器。而这一转换器是构建所谓的“模式分多路复用”(MDM)这一技术的关键所在。一个光波导可以支撑一组基础波导模式,以及一系列更加高阶的波导模式,于是以如同一根吉他弦既能弹奏出一个基本音,也可以作为和弦中的一部分。

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MDM这一手段需要大大强化一块光学芯片的信息处理能力。具体来说,在同一根波导管内,人们可以用于颜色完全相同但是享有有所不同波导模式的光线,构建同时传输多个独立国家的信道。

打个比方说道,这种效果就看起来金门大桥的交通承载能力在一夜之间配套了好几倍。虞教授说明道,我们的波导模式转换器使得创立更好的信息途径沦为了有可能。虞教授的下一步计划,是将具备主动调节功能的光学材料重复使用光子构建期间内部,从而构建对在波导内部传播的光线的主动掌控。

该装置未来将会沦为现实强化(AR)眼镜的基本构成单元。现实强化眼镜的原理是首先确认配戴者的眼镜像劣,随后将经过校正的图像投影到眼镜之中。目前,虞教授于是以与他在哥伦比亚工程系的同事们,还包括麦克·立普森(MichaelLipson)教授,艾利克斯·该塔(AlexGaeta),德米特里·巴索夫(DemetriBasov),吉姆·霍恩(JimHone)和哈里什·克里史娜斯瓦米(HarishKrishnaswamy)就这一项目进行合作。

除此之外,虞教授还在探寻将波导中传播的波切换为强劲表面波,在未来,这也许可用于芯片上的化学与生物传感器。


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