Forskerhold udvikler en ny måde at lave integreret fotonik på

Signalerne fra et fyrtårn til skibe på havet er et tidligt eksempel på optisk kommunikation, brugen af ​​lys til at overføre information. I dag, forskere inden for integreret fotonik bruger optiske kommunikationsprincipper til at bygge højteknologiske enheder, som lynhurtige computere, som udnytter lys i stedet for elektricitet.

På University of Delaware, et forskerhold ledet af Tingyi Gu, adjunkt i el- og computerteknik, har designet en integreret fotonikplatform med en endimensionel metalens – en tynd linse, der kan designes i nanoskala til at fokusere lys på en bestemt måde – og metasurfaces – små overflader lavet med nanostrukturer for at manipulere det transmitterede eller reflekterede lys – som begrænser tab af information. Holdet beskrev for nylig deres enhed i journalen Naturkommunikation .

"Det er en ny måde at opnå integreret fotonik på sammenlignet med den konventionelle måde, " sagde ph.d.-studerende Zi Wang, avisens første forfatter.

Holdet fremstillede en lille metalen på en siliciumbaseret chip programmeret med hundredvis af små luftspalter, muliggør parallel optisk signalbehandling alt i den lille chip. De demonstrerede høj signaltransmission med mindre end et decibeltab over en båndbredde på 200 nanometer. Da de lagde tre af deres metaflader sammen, de demonstrerede funktionaliteter af Fourier-transformation og -differentiering - vigtige teknikker i de fysiske videnskaber, der nedbryder funktioner i konstituerende dele.

"Dette er det første papir, der bruger metasurfaces med lavt tab på den integrerede fotonikplatform, " sagde Gu. "Vores struktur er bredbånd og lavt tab, hvilket er afgørende for energieffektiv optisk kommunikation."

Hvad mere er, den nye enhed udviklet på UD er meget mindre og lettere end konventionelle enheder af sin type. Det kræver ikke manuel justering af linser, så den er mere robust og skalerbar sammenlignet med de traditionelle optiske platforme med ledig plads, som kræver enorm tålmodighed og tid at sætte op.

Denne nye enhed kunne have applikationer inden for billedbehandling, sansning og kvanteinformationsbehandling, såsom on-chip transformationsoptik, matematiske operationer og spektrometre. Med mere udvikling, denne teknologi kan også være nyttig i deep learning og neurale netværksapplikationer inden for databehandling.

"Det er bare meget hurtigere end konventionelle strukturer, " sagde Gu. "Der er stadig mange tekniske udfordringer, når du forsøger aktivt at kontrollere dem, men det er en ny platform, vi starter med og arbejder på."