美國高校研制新型波導(dǎo)套層 推動光電器件發(fā)展

  美國普渡大學(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，推動光電器件發(fā)展。

  ICCSZ訊 由美國普渡大學(xué)牽頭、全球多所高校共同組成的國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優(yōu)于現(xiàn)階段的電器件，光電集成芯片成為發(fā)展熱點，因此將光限制在芯片上應(yīng)有的傳輸路徑中是研究重點之一，但光和其所承載的信息比特往往會泄露或散射出集成在芯片中的小單元。普渡大學(xué)電子和計算機工程助教Zubin Jacob說：“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，且不會因為熱的原因而丟失。這是一個挑戰(zhàn)。”

  核心進展

  研究人員沿著光傳播路徑(波導(dǎo))研制出了一個新的套層，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)套層的獨特之處在于其各向異性，意味著套層設(shè)計可支持光能在不同方向以不同速度傳輸。通過控制套層的各向異性，研究人員阻止了光從波導(dǎo)中泄露進入其他相交的波導(dǎo)。與此對應(yīng)的是，由光所攜帶的信息比特通過“全內(nèi)反饋”返回，緊緊地限制在波導(dǎo)中。

  自評

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

  研究團隊

  該研究工作由國際研究團隊完成，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

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

  發(fā)表論文

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