近日，哥伦比亚大学研究人员研制出迄今最小光学集成电路，其能在很宽的波长范围内表现出高性能水平，有望彻底改变光通信和光信号处理等关键技术。该突破性成果发表在近日出版的《自然·纳米技术》杂志上。

将光集成电路缩小到现有计算机芯片中集成电路的尺寸，是科学界一直试图攻克的难题，但他们始终无法将各种波长的光压缩在一起。而哥伦比亚大学研发的光集成电路，是一种波导模式转换装置，其内“模分复用”技术能在芯片上加入更多的光通信通道。“效果就像大桥上突然增加了几倍的交通容量，或足球场能神奇地容纳多支球队同时训练。”论文共同作者、哥伦比亚大学副教授于南方（音译）说。

新模式转换器首次将集成电路尺寸缩小到光波长的1.7倍，而之前同类装置都是光波长的几倍到几百倍，并且它能在很宽的波长范围内将输入波导模式转变成输出波导模式。

取得这些前所未有性能的关键是，研究人员将一种超表面结构集成到了光学波导上。超表面结构是一类厚度小于波长的二维超薄材料，可实现对光传播模式的灵活有效调控。这次所用的超表面结构由许多纳米天线按亚波长间隔排列而成，能吸收波导最里面的光，调节吸收光的性能后再将其返回波导中。由于纳米天线排列紧密，从而可在不到两倍波长的距离内实现波导模式转换。

于南方表示，他们计划进一步改进模分复用系统，同时使用更加灵活的光学材料，以更有效地调控波导内光的传播。

文章链接：

Zhaoyi Li, et al, "Controlling Propagation and Coupling of Waveguide Modes Using Phase-Gradient Metasurfaces," Nature Nanotechnology (2017). DOI: 10.1038/nnano.2017.50 

（本文来源：科技日报；）

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