Исследователи из Школы инженерных и прикладных наук Колумбийского университета разработали новую технологию изготовления фотонных компонентов интегральных схем, которые не только имеют рекордно малые на сегодняшний день размеры, эти компоненты обеспечивают оптимальную и эффективную работу схем в беспрецедентно широком диапазоне длин волн света.
Данная технология позволит в недалеком будущем создать мощные и эффективные оптические чипы и процессоры, которые станут основой новых систем оптических коммуникаций и оптической обработки информации.
Основой работы фотонных интегральных схем является использование расщепления и смешивания лучей света внутри волноводов.
Используя эти методы можно управлять распространением света по структуре фотонного чипа, который использует этот свет для передачи и обработки информации.
“Мы создали интегрированные нанофотонные устройства самых малых на сегодняшний день размеров” – рассказывает Нэнфэнг Ю (Nanfang Yu), один из исследователей, – “Основой всех этих устройств являются наноантенны, благодаря которым мы можем кардинально уменьшить размеры фотонных устройств.
При этом, уровень сокращения размеров фотонных устройств будет сопоставим с уровнем сокращения размеров электронных устройств в 1950-х годах, когда на смену громоздким электронным лампам пришли миниатюрные полупроводниковые транзисторы”.
Технология управления распространением света при помощи наноантенн, встраиваемых прямо вовнутрь волноводов, оказалась весьма эффективной.
Однако, для реализации большей эффективности управления требуется использование не одной, а достаточно больших массивов наноантенн, которые изменяют свойства света на физическом уровне, отражают его назад или направляют по определенному пути в зависимости от управляющих факторов, к примеру, электрического потенциала, приложенного к электродам на поверхности волновода.
Уникальная конструкция новых наноантенн позволяет им эффективно работать со светом, имея размеры, всего в два раза превышающие длину волны этого света.
“Это является огромным прорывом, ведь созданные ранее преобразователи света, встраиваемые внутрь волноводов, для эффективной работы должны были иметь размеры в десятки и сотни раз превышающие длину волны” – рассказывает Нэнфэнг Ю, – “Таким образом мы получили возможность сокращения габаритов устройств от 10 до 100 раз”.
Следующим шагом, который намерены сделать ученые, является поиск новых активных в оптическом плане материалов, свойствами которых можно управлять достаточно простыми методами.
Эти материалы могут быть включены в состав волноводов и компонентов фотонных чипов, что обеспечит большую степень управления поляризацией и распространением света, что в свою очередь, позволит использовать технологию частотного мультиплексирования.
Другими словами, таким образом можно будет заставить один фотонный чип стать “многоядерным” и выполнять параллельно обработку нескольких независимых потоков данных или команд, каждый из которых будет закодирован при помощи света такой же длины волны, но имеющего отличный от других угол поляризации.
Кроме этого, исследователи занимаются изучением преобразования света, циркулирующего внутри волноводов, в поверхностные волны, что можно будет использовать для создания новых систем-на-чипе, выполняющих анализ образцов химических веществ или биологических тканей.