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光集成电路尺寸难题有望破解,迄今最小电路拥有更多光通信通道
梅西 2017-04-24
导语

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。

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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  • 光集成电路
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作者 梅西

本科生

北京工业大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
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