美國發(fā)明出寬帶寬、小體積的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器

美國哥倫比亞大學(xué)研究人員發(fā)明了一種通過使用納米天線來控制在光在波導(dǎo)中高效傳播模式的方法。為了演示這種技術(shù)，他們構(gòu)建了光子集成器件。該器件不僅具有創(chuàng)紀錄的小尺寸，而且還能夠在前所未有的廣泛波長范圍內(nèi)保持最佳性能。

該光子集成電路可以通過多個模式，即模分復(fù)用（MDM）技術(shù)引導(dǎo)數(shù)據(jù)來提升波導(dǎo)數(shù)據(jù)速率，而不僅僅是單個模式。因此，操縱模式的能力變得非常重要。在此引入模式轉(zhuǎn)換器。

沿波導(dǎo)傳播的光波的光功率被限制在波導(dǎo)的核心內(nèi)，研究人員只能通過波導(dǎo)表面附近存在的小的漸逝“尾跡”探尋導(dǎo)波。這些引導(dǎo)波特別難以操縱，因此光子集成器件的尺寸往往較大，從而限制芯片的器件集成密度。

哥倫比亞大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，在波導(dǎo)管中控制光最有效的方法是用光學(xué)納米天線來“裝飾”波導(dǎo)。該納米天線將光從波導(dǎo)芯內(nèi)部拉出，修改光的性質(zhì)，再將光釋放回波導(dǎo)。密集堆疊的納米天線陣列的累積效應(yīng)非常強，可以在不超過兩倍波長的傳播距離內(nèi)實現(xiàn)波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換等功能。

哥倫比亞大學(xué)教授，研究人員Nanfang Yu說：“考慮到實現(xiàn)波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換的常規(guī)方法需要長達數(shù)百倍波長的器件，這是一個突破。我們已經(jīng)能夠?qū)⒃O(shè)備的尺寸減小10到100倍?！?/p>

Yu計劃接下來將可調(diào)諧光學(xué)材料納入光子集成器件，以實現(xiàn)對波導(dǎo)中傳播的光的主動控制。這些有源裝置將是增強現(xiàn)實護目鏡的基本構(gòu)件，首先確定佩戴者的眼睛像差，然后將像差校正圖像投影到眼睛中，他和他的哥倫比亞工程部的同事Michal Lipson，Alex Gaeta，Demetri Basov吉姆·霍恩和哈里斯·克里希納斯瓦米正在努力。Yu還在探索將波導(dǎo)中傳播的波轉(zhuǎn)換成強表面波，最終可用于片上化學(xué)和生物傳感。