美國(guó)高校研制新型波導(dǎo)套層 推動(dòng)光電器件發(fā)展

  美國(guó)普渡大學(xué)等高校合作研制出各向異性超材料波導(dǎo)套層，可將光限制在波導(dǎo)內(nèi)，防止信息比特泄露，推動(dòng)光電器件發(fā)展。

  ICCSZ訊 由美國(guó)普渡大學(xué)牽頭、全球多所高校共同組成的國(guó)際研究小組日前研究出各向異性超材料波導(dǎo)套層(cladding)，可使光在計(jì)算芯片上預(yù)定軌道中傳輸，防止信息比特泄露和混亂，研究成果發(fā)布在《自然通信》上。下圖為研究成果示意圖。

  需求背景

  光器件信息處理速度和功耗都遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)階段的電器件，光電集成芯片成為發(fā)展熱點(diǎn)，因此將光限制在芯片上應(yīng)有的傳輸路徑中是研究重點(diǎn)之一，但光和其所承載的信息比特往往會(huì)泄露或散射出集成在芯片中的小單元。普渡大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程助教Zubin Jacob說(shuō)：“我們想要在波導(dǎo)中傳輸信息比特，能夠沿著急轉(zhuǎn)彎傳輸，且不會(huì)因?yàn)闊岬脑蚨鴣G失。這是一個(gè)挑戰(zhàn)?！?

  核心進(jìn)展

  研究人員沿著光傳播路徑(波導(dǎo))研制出了一個(gè)新的套層，可阻止信息泄露，尤其是在急轉(zhuǎn)彎處，在這些地方光容易出現(xiàn)散射，造成信息丟失或混亂。阻止光的散射能夠簡(jiǎn)化光電電路與電子電路的集成，增加通信速度和減少功耗。

  該波導(dǎo)套層的獨(dú)特之處在于其各向異性，意味著套層設(shè)計(jì)可支持光能在不同方向以不同速度傳輸。通過(guò)控制套層的各向異性，研究人員阻止了光從波導(dǎo)中泄露進(jìn)入其他相交的波導(dǎo)。與此對(duì)應(yīng)的是，由光所攜帶的信息比特通過(guò)“全內(nèi)反饋”返回，緊緊地限制在波導(dǎo)中。

  自評(píng)

  普渡大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程的研究生教育助教Saman Jahani說(shuō)：“我們所研制的波導(dǎo)是一個(gè)只有絲厚的結(jié)構(gòu)，這意味著真實(shí)發(fā)生的任何泄露將非常小。該方法為單個(gè)計(jì)算機(jī)芯片上的高密度光電集成鋪平了道路，而不用擔(dān)心光泄露的問(wèn)題?！?

  研究團(tuán)隊(duì)

  該研究工作由國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)完成，包括普渡大學(xué)、加拿大阿爾伯塔大學(xué)、德州理工大學(xué)、英屬哥倫比亞大學(xué)、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所。

  資金支持

  美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)、中國(guó)科學(xué)院、上海市政府、加拿大自然科學(xué)和工程研究委員會(huì)、硅電子-光電集成電路項(xiàng)目。

  發(fā)表論文

  Controlling evanescent waves using silicon photonic all-dielectric metamaterials for dense integrationdoi:10.1038/s41467-018-04276-8