美國實(shí)現聲波制造超微型光二極管 解決PIC數據容量挑戰

  Iccsz訊 美國伊利諾斯大學(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(chēng)為光隔離器的器件可能有助于為用于計算和通信的光子集成電路(PIC)解決主要的數據容量和系統尺寸方面的挑戰。

  研究背景

  隔離器是類(lèi)似于電子二極管的非互易或“單向”器件，它們保護激光源免受背向反射，并且是光網(wǎng)絡(luò )周?chē)墓庑盘柭酚伤匦璧钠骷?。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)特性以響應磁場(chǎng)的材料。

  機械科學(xué)與工程教授Gaurav Bahl是該研究成果作者之一，他表示，使用磁響應材料實(shí)現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(chǎng)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，以便與傳統磁性技術(shù)相媲美。迄今為止，還沒(méi)有一種具有競爭力的無(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(xiàn)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，光線(xiàn)和聲音確實(shí)是以非常微妙的方式相互作用的。如果運用正確的工程原理，就可以通過(guò)合適的方式震動(dòng)一種透明的材料，以增強光和聲相互作用的效果，從而解決重大的科學(xué)挑戰。

  研究人員在光電領(lǐng)域權威雜志《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)上發(fā)表了相關(guān)研究報告，解釋了他們如何利用光與聲之間的微小耦合來(lái)提供一種獨特的解決方案，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據容量挑戰。

  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(xiàn)的透明材料，并與光電代工廠(chǎng)兼容。Benjamin Sohn表示，聲波產(chǎn)生的方式類(lèi)似于壓電揚聲器，使用的是用電子束直接寫(xiě)在A(yíng)lN上的微小電極，這些聲波迫使器件內的光只向一個(gè)方向傳播，這是無(wú)磁隔離器首次實(shí)現超過(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據容量，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、陀螺儀、GPS系統、原子計時(shí)和數據中心的變革性應用。

  Gaurav Bahl表示，數據中心處理大量的互聯(lián)網(wǎng)數據流，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，因為這種方式產(chǎn)生的熱量少得多，這意味著(zhù)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)送更多的數據。

  美國國防部先期研究計劃局(DARPA)和空軍研究實(shí)驗室(AFRL)支持這項研究。