海洋中，從燈塔到船只的信號(hào)，是光通信（用光傳輸信息）的早期范例之一。如今，集成光子器件領(lǐng)域的研究人員正用光通信原理構(gòu)建高科技設(shè)備，例如像閃電一樣快速的計(jì)算機(jī)，它用光取代電。
近日，美國特拉華大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系助理教授 Tingyi Gu 領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一款集成光子器件平臺(tái)。該平臺(tái)擁有一維超透鏡和超表面，可以限制信息的損耗。近日，團(tuán)隊(duì)在《自然·通信（Nature Communications）》期刊上描述了他們的設(shè)備。

超透鏡是一種超薄透鏡，可以在納米尺度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以特定的方式聚焦光線。

超表面是一種由納米結(jié)構(gòu)組成的微型表面，可以操控傳輸?shù)墓饩€或者反射的光線。

這篇論文的第一作者、博士生 Zi Wang 表示：“相比于傳統(tǒng)方法，這是一種實(shí)現(xiàn)集成光子器件的新方法?！?br />

技術(shù)

團(tuán)隊(duì)制造出一款位于硅基芯片上的微型超透鏡，它通過數(shù)百個(gè)微型空氣槽進(jìn)行編程，使得并行化的光學(xué)信號(hào)處理完全在微型芯片中實(shí)現(xiàn)。

他們演示了跨越200納米帶寬低于1分貝損耗的高信號(hào)傳輸。當(dāng)將三個(gè)超表面放在一起時(shí)，他們演示了傅立葉變換與微分的功能。這項(xiàng)技術(shù)在物理學(xué)中非常重要，它將函數(shù)分解為組成部分。

價(jià)值

Gu 表示：“這是在集成光子器件平臺(tái)上采用低損耗超表面的首篇論文。我們的結(jié)構(gòu)是寬頻帶且低損耗的，這對(duì)于高能效的光通信來說非常關(guān)鍵。”

更重要的是，在特拉華大學(xué)開發(fā)的這個(gè)新型設(shè)備比這種類型的傳統(tǒng)設(shè)備要更小且更輕。它無需手工對(duì)齊透鏡，所以比需要極大耐心和許多時(shí)間來安裝的傳統(tǒng)自由空間光學(xué)平臺(tái)更加結(jié)實(shí)且可擴(kuò)展。

這個(gè)新型設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域包括成像、感知和量子信息處理，例如片上轉(zhuǎn)換光學(xué)、數(shù)學(xué)操作和光譜儀。通過更多的開發(fā)，這項(xiàng)技術(shù)也可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

Gu 表示：“它比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)快得多。當(dāng)你嘗試主動(dòng)控制它們的時(shí)候，會(huì)遇到許多技術(shù)挑戰(zhàn)，但這是我們開始研究的一個(gè)新平臺(tái)?！?br />