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弯曲的角落周围弯曲 没有反向散射损失

发布时间:2019-02-02 15:03:16 来源:

杜克大学的工程师们已经展示了一种可以在尖角周围引导光子的设备,几乎没有由于反向散射造成的损失,这是一种关键性能,如果要用光学设备替换电子设备,这将是必需的。

结果是通过基于拓扑绝缘体概念的光子晶体实现的,该材料在2016年获得了发现者的诺贝尔奖。通过仔细控制晶格的几何形状,研究人员可以防止光线穿过其内部,同时沿着其表面完美传输。

通过这些概念,尽管设备比以前的设计小得多,但该设备在角落周围实现了近乎完美的透射率。

半导体行业协会估计,电子设备的数量增长如此之快,到2040年,全世界都没有足够的电力来运行它们。一种可能的解决方案是转向无质量光子来代替当前用于传输数据的电子。除了节省能量,光子系统还承诺更快,并具有更高的带宽。

光子已经在一些应用中使用,例如片上光子通信。然而,当前技术的一个缺点是这种系统不能有效地转动或弯曲光。但是,对于光子永远取代微芯片中的电子,在微观空间中绕角行进是必要的。

“设备越小越好,但当然我们也在尽量减少损失,”杜克大学电气和计算机工程博士后Wiktor Walasik说。“有很多人致力于使全光学计算系统成为可能。我们还没有,但我认为这是我们的目标。”

之前的演示也显示了在拐角周围引导光子时的微小损失,但是新的Duke研究在长35微米,宽5.5微米的矩形器件上进行了测试 - 比之前演示的基于环形谐振器的器件小100倍。

在11月12日在线发表在“ 自然纳米技术 ”杂志上的新研究中,研究人员利用电子束光刻技术制作了拓扑绝缘体,并通过一系列急转弯测量了透光率。结果表明,每次转弯只会导致百分之几的损失。

“在传统光子晶体的尖角周围引导光线是可能的,但只能通过针对特定参数设置的长期繁重工艺,”Duke的电气和计算机工程教授Natasha Litchinitser说。“如果你在制作过程中犯了最微小的错误,它就会失去很多你想要优化的属性。”

“但是我们的设备无论其光子路径的尺寸或几何形状都会起作用,光子传输受到拓扑保护,”Litchinitser实验室的博士生,该论文的第一作者Mikhail Shalaev补充道。“这意味着即使光子晶体结构存在微小缺陷,波导仍能很好地工作。它对制造误差不那么敏感。”

研究人员指出,他们的设备还具有较大的工作带宽,与现代半导体制造技术兼容,并且适用于目前用于电信的波长。

接下来,研究人员试图使其波导动态可调,以改变其操作带宽。这将允许波导随意打开和关闭 - 全光学光子技术的另一个重要特征变为现实。

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