美國(guó)實(shí)現(xiàn)聲波制造超微型光二極管 解決PIC數(shù)據(jù)容量挑戰(zhàn)

訊石光通訊網(wǎng) 2018/1/26 8:56:47

  Iccsz訊 美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明,聲波可以用來(lái)制造超微型光二極管,這些稱為光隔離器的器件可能有助于為用于計(jì)算和通信的光子集成電路(PIC)解決主要的數(shù)據(jù)容量和系統(tǒng)尺寸方面的挑戰(zhàn)。

  研究背景

  隔離器是類似于電子二極管的非互易或“單向”器件,它們保護(hù)激光源免受背向反射,并且是光網(wǎng)絡(luò)周?chē)墓庑盘?hào)路由所必需的器件。研究人員表示,目前生產(chǎn)這種“單向”器件的主要技術(shù)需要改變其光學(xué)特性以響應(yīng)磁場(chǎng)的材料。

  機(jī)械科學(xué)與工程教授Gaurav Bahl是該研究成果作者之一,他表示,使用磁響應(yīng)材料實(shí)現(xiàn)光子芯片中的單向光流存在幾個(gè)問(wèn)題,首先,工業(yè)界不能將緊湊的磁鐵放在芯片上,但更重要的是,光電代工廠還沒(méi)有所需的材料,這就是為什么工業(yè)界迫切需要一種更好的解決方法,即只使用傳統(tǒng)的材料且完全避免磁場(chǎng)。

  研究過(guò)程

  研究人員表示,器件的物理尺寸和材料的可用性并不是現(xiàn)有技術(shù)存在的唯一問(wèn)題。

  研究成果的主要作者Benjamin Sohn表示,實(shí)驗(yàn)室試圖生產(chǎn)緊湊型磁性光隔離器,但一直受到大的光損耗的困擾,光電行業(yè)無(wú)法承受這種與材料有關(guān)的損失,同時(shí)也需要一種能夠提供足夠帶寬的解決方案,以便與傳統(tǒng)磁性技術(shù)相媲美。迄今為止,還沒(méi)有一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的無(wú)磁性解決方法。

  Gaurav Bahl表示,日常生活中看不到光與聲的相互作用,光線可以穿過(guò)一個(gè)透明的玻璃窗而不會(huì)做任何奇怪的事情,他們的研究領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)現(xiàn),光線和聲音確實(shí)是以非常微妙的方式相互作用的。如果運(yùn)用正確的工程原理,就可以通過(guò)合適的方式震動(dòng)一種透明的材料,以增強(qiáng)光和聲相互作用的效果,從而解決重大的科學(xué)挑戰(zhàn)。

  研究人員在光電領(lǐng)域權(quán)威雜志《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)上發(fā)表了相關(guān)研究報(bào)告,解釋了他們?nèi)绾卫霉馀c聲之間的微小耦合來(lái)提供一種獨(dú)特的解決方案,使得幾乎所有光子材料的“單向”器件成為可能。

  通過(guò)光和聲的耦合,可以為光子集成電路解決主要的數(shù)據(jù)容量挑戰(zhàn)。

  研究成果

  新器件尺寸為200×100微米,由氮化鋁(AlN)制成,這是一種可傳輸光線的透明材料,并與光電代工廠兼容。Benjamin Sohn表示,聲波產(chǎn)生的方式類似于壓電揚(yáng)聲器,使用的是用電子束直接寫(xiě)在AlN上的微小電極,這些聲波迫使器件內(nèi)的光只向一個(gè)方向傳播,這是無(wú)磁隔離器首次實(shí)現(xiàn)超過(guò)千兆赫的帶寬。

  下一步研究

  研究人員正在尋找方法來(lái)增加這些隔離器的帶寬或數(shù)據(jù)容量,并相信他們可以克服這個(gè)障礙。一旦這種情況得到改善,就會(huì)帶來(lái)在光子通信系統(tǒng)、陀螺儀、GPS系統(tǒng)、原子計(jì)時(shí)和數(shù)據(jù)中心的變革性應(yīng)用。

  Gaurav Bahl表示,數(shù)據(jù)中心處理大量的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流,并因保持聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)器的散熱而消耗大量的電力,因此,光通信是可取的,因?yàn)檫@種方式產(chǎn)生的熱量少得多,這意味著在服務(wù)器散熱方面可以消耗更少的能量,同時(shí)每秒發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。

  美國(guó)國(guó)防部先期研究計(jì)劃局(DARPA)和空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)支持這項(xiàng)研究。



新聞來(lái)源:大國(guó)重器

相關(guān)文章