Nye ultratynde optiske hulrum tillader samtidig farveproduktion på en elektronisk chip

Regnbuen er ikke bare farver - hver lysfarve har sin egen frekvens. Jo flere frekvenser du har, jo højere båndbredde til overførsel af information.

Kun brug af en lysfarve ad gangen på en elektronisk chip begrænser i øjeblikket teknologier baseret på at registrere ændringer i spredt farve, såsom påvisning af vira i blodprøver, eller behandling af flybilleder af vegetation ved overvågning af marker eller skove.

At sætte flere farver i drift på én gang ville betyde, at flere informationskanaler blev anvendt samtidigt, udvide båndbredden for ikke kun nutidens elektronik, men også af den endnu hurtigere kommende "nanofotonik", der vil stole på fotoner - hurtige og masseløse partikler af lys - frem for langsomme og tunge elektroner til at behandle oplysninger med optiske nanoskalaenheder.

IBM og Intel har allerede udviklet supercomputerchips, der kombinerer den højere båndbredde af lys med traditionelle elektroniske strukturer.

Som forskere konstruerer løsninger til i sidste ende at erstatte elektronik med fotonik, et Purdue University-ledet team har forenklet fremstillingsprocessen, der gør det muligt at bruge flere farver på samme tid på en elektronisk chip i stedet for en enkelt farve ad gangen.

Forskerne behandlede også et andet problem i overgangen fra elektronik til nanofotonik:Laserne, der producerer lys, skal være mindre for at passe på chippen.

"En laser er typisk en monokromatisk enhed, så det er en udfordring at lave en lasertunerbar eller polykromatisk, sagde Alexander Kildishev, lektor i el- og computerteknik ved Purdue University. "I øvrigt, det er en kæmpe udfordring at få en række nanolasere til at producere flere farver samtidigt på en chip. "

Dette kræver nedskæring af det "optiske hulrum, "som er en vigtig komponent i lasere. For første gang, forskere fra Purdue, Stanford University og University of Maryland indlejrede såkaldte sølv "metasurfaces-kunstige materialer tyndere end lysbølger-i nanokaviteter, gør lasere ultratynde.

"Optiske hulrum fanger lys i en laser mellem to spejle. Når fotoner hopper mellem spejlene, mængden af ​​lys stiger for at gøre laserstråler mulige, "Kildishev sagde." Vores nanokaviteter ville gøre on-a-chip lasere ultratynde og flerfarvede. "

I øjeblikket, en forskellig tykkelse af et optisk hulrum er påkrævet for hver farve. Ved at indlejre en sølvmetasoverflade i nanokaviteten, forskerne opnåede en ensartet tykkelse for at producere alle ønskede farver. Deres fund fremgår af Naturkommunikation .

"I stedet for at justere den optiske hulrumstykkelse for hver enkelt farve, vi justerer bredderne på metasurface -elementer, "Sagde Kildishev.

Optiske metasurfaces kunne også i sidste ende erstatte eller supplere traditionelle linser i elektroniske enheder.

"Det, der definerer tykkelsen af ​​enhver mobiltelefon, er faktisk en kompleks og temmelig tyk stak linser, "Sagde Kildishev." Hvis vi bare kan bruge en tynd optisk metaoverflade til at fokusere lys og producere billeder, så havde vi ikke brug for disse linser, eller vi kunne bruge en tyndere stak. "