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)

  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)周圍的光信號(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，還沒有一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的無磁性解決方法。

  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，這是無磁隔離器首次實(shí)現(xiàn)超過千兆赫的帶寬。

  下一步研究

  研究人員正在尋找方法來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。