中美聯(lián)手設(shè)計出新型硅基光子芯片

據(jù)報道 中國南京大學和美國加州理工學院研究人員近日在英國《自然·材料》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表論文稱，他們設(shè)計出一種新型硅基光子芯片，初步實現(xiàn)了光的單向無反射傳輸，拓展了光子晶體及傳統(tǒng)超構(gòu)材料的研究領(lǐng)域，為經(jīng)典光系統(tǒng)中探索和發(fā)展具有量子特性的新型光子器件提供了新的研究思路。

通過光子而非電子攜帶信息的光通信技術(shù)目前應(yīng)用已很廣泛，其優(yōu)點是通信容量大、數(shù)據(jù)損耗低、保密性好。然而電子計算機領(lǐng)域仍依賴于電子芯片，這在很大程度上限制了光通信的進一步發(fā)展，同時電子器件的量子尺寸限制和功耗問題也成為計算和通信領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

科學界希望光子能成為新的信息載體，希望光子芯片成為未來超高速通信和運算的主要信息處理器件。光子芯片的使用可大大提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和運算速度，對單位和家庭網(wǎng)絡(luò)及手機無線網(wǎng)絡(luò)都將產(chǎn)生革命性影響。不過，制備光子芯片也面臨重要難題——如何實現(xiàn)非對稱光信號的傳輸。非對稱傳輸?shù)钠骷陔娮雍臀⒉I(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，如電子二極管和以單向耦合器為基礎(chǔ)的微波網(wǎng)絡(luò)分析儀。中美研究人員的目標就是制備出“光子版”單向傳輸器件，即以光子二極管為核心的光學網(wǎng)絡(luò)分析儀。

研究人員去年設(shè)計出一種硅基光波導，光在波導內(nèi)沿著一個方向傳播，當它沿相反方向傳播時則會彎曲，這種光學元件為實現(xiàn)光的單向傳輸、光二極管件等提供了新路徑。最近的研究則在硅基波導上巧妙引入實部和虛部的匹配相位調(diào)制，實現(xiàn)了光波導中光的完全單向反射，這一單向無反射的硅基波導有望被用于實現(xiàn)硅基芯片集成的光學網(wǎng)絡(luò)分析儀。

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