At se lyset:Forskere kombinerer teknologier for bedre lysstyring

En ny teknologi, der kan give mulighed for bedre lysstyring uden at kræve store, svært at integrere materialer og strukturer er blevet udviklet af Penn State forskere. Den nye fotoniske integrerede chip kunne give mulighed for mange fremskridt inden for det optiske område og industrien, lige fra forbedringer i virtual reality-briller til optisk fjernmåling, ifølge forskerne.

Anført af Xingjie Ni, adjunkt i elektroteknik, forskningen blev for nylig offentliggjort i Videnskabens fremskridt . Penn State elektroingeniør doktorgradskandidater Xuexue Guo, Yimin Ding, Xi Chen og Yao Duan var medforfattere på papiret.

Traditionelt, forskere har haft to muligheder, når det kommer til at styre lys til brug i forskellige optiske enheder. Den første er et fotonisk integreret kredsløb (PIC), der kan inkorporeres på små chips, men som har begrænset evne til at kontrollere frirumslys - lys, der forplanter sig i luft, det ydre rum eller et vakuum, i modsætning til at blive ført i fibre eller andre bølgeledere. Det andet er en nyligt opstået metasurface - et kunstigt konstrueret tyndt lag, der giver mulighed for lysmanipulation på subbølgelængdeskala, men ikke kan integreres på en chip.

Ni og hans medforskere løste dette problem ved at inkorporere de bedste kvaliteter fra de to tidligere muligheder i en ny, hybrid fotonisk arkitektur, der har metaoverflader integreret på en PIC-chip, mens den bibeholder høj lysstyrbarhed.

"Denne inkorporering af PIC'er og metasurfaces gør det muligt at drive metasurfaces ved hjælp af guidede bølger inde i PIC'erne, " sagde Ni. "Det gør det muligt at dirigere lys mellem forskellige metaoverflader, udfører flere komplekse funktioner på en enkelt chip."

Denne nye udvikling kunne have applikationer inden for optisk kommunikation, optisk fjernregistrering – LiDAR – optiske sammenkoblinger af ledig plads til datacentre og virtual reality- og augmented reality-skærme.

"Den udviklede teknologi vil bane spændende veje til at bygge multifunktionelle PIC-enheder med fleksibel adgang til ledig plads såvel som guidede, bølgedrevne metasurfaces med fuld on-chip integrationskapacitet, " sagde Ni.

Ifølge Ni, de mest spændende aspekter af hans forskning er implikationerne for den fremtidige udvikling og succesen med at kombinere de bedste træk ved eksisterende teknologi.

"Jeg synes, den mest spændende del af forskningen er, at vi giftede os med to kraftfulde teknologier med komplementære muligheder – integreret fotonik og metasurfaces, " sagde han. "Vores hybridsystem har fordelene fra både metasurfaces og PIC'erne. Ud over, vores design er meget fleksibelt og modulopbygget. Et bibliotek af byggestenene kan etableres til genbrug og skabelse af ensartede funktionelle komponenter på tværs af forskellige enheder eller systemer."