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光学工程
光集成电路尺寸难题有望破解 "模分复用"是关键

据美国电气与电子工程师协会(IEEE)网站近日报道,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。


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