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美国哥伦比亚大学的工程师发明可控制光在波导传播的方法

2017-04-20 115浏览 标签: 波导

2017年4月17日,美国哥伦比亚大学介绍了其工程师们发明的一种通过使用纳米天线来高效率地控制在狭窄路径或波导中传播光的方法。为了演示这种技术,他们构建了光子集成器件,其不仅具有创纪录的小尺寸,还能够在前所未有的广泛波长范围内保持最佳性能。这种方法可以带来更快、更强大、更高效的光学芯片,从而为光通讯和光信号处理技术带来变革。相关研究成果发表在了近期的“Nature Nanotechnology(《自然纳米技术》)”杂志上。


图 光子集成器件艺术插图(图片来自哥伦比亚大学)


光子集成电路的概念与电子集成电路类似,只是其所基于的不是电信号的传播,而是光波在波导中的传播,这就意味着更低的能耗。而构建光子集成芯片的关键就是对光在波导中传播的控制,难以操纵的波传导使现有的光子集成器件尺寸较大,占用空间,从而限制了芯片的器件集成密度。此次,哥伦比亚大学的工程师们发现在波导管中控制光的最有效方法是用光学纳米天线来“装饰”波导:这些微型天线从波导芯内部拉出光,调整光的性质,再将光释放回波导。密集堆叠的纳米天线阵列会带来强大的累积效应,使得它们可以在不超过两倍波长的传播距离内实现诸如波导模式转换等功能。

可以实现波导模式转换的传统方法需要长度为数百倍波长的器件,新的方法能够将设备的尺寸减小10到100倍,其突破意义就好像20世纪50年代大型真空管被更小的半导体晶体管替代的情况。

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