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光學工程
光集成電路尺寸難題有望破解 "模分復用"是關鍵

據美國電氣與電子工程師協會(IEEE)網站近日報道,哥倫比亞大學研究人員研制出迄今最小光學集成電路,其能在很寬的波長范圍內表現出高性能水平,有望徹底改變光通信和光信號處理等關鍵技術。該突破性成果發表在近日出版的《自然·納米技術》雜志上。
      
將光集成電路縮小到現有計算機芯片中集成電路的尺寸,是科學界一直試圖攻克的難題,但他們始終無法將各種波長的光壓縮在一起。而哥倫比亞大學研發的光集成電路,是一種波導模式轉換裝置,其內“模分復用”技術能在芯片上加入更多的光通信通道。“效果就像大橋上突然增加了幾倍的交通容量,或足球場能神奇地容納多支球隊同時訓練。”論文共同作者、哥倫比亞大學副教授于南方(音譯)說。
       
新模式轉換器首次將集成電路尺寸縮小到光波長的1.7倍,而之前同類裝置都是光波長的幾倍到幾百倍,并且它能在很寬的波長范圍內將輸入波導模式轉變成輸出波導模式。

取得這些前所未有性能的關鍵是,研究人員將一種超表面結構集成到了光學波導上。超表面結構是一類厚度小于波長的二維超薄材料,可實現對光傳播模式的靈活有效調控。這次所用的超表面結構由許多納米天線按亞波長間隔排列而成,能吸收波導最里面的光,調節吸收光的性能后再將其返回波導中。由于納米天線排列緊密,從而可在不到兩倍波長的距離內實現波導模式轉換。
于南方表示,他們計劃進一步改進模分復用系統,同時使用更加靈活的光學材料,以更有效地調控波導內光的傳播。


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