美國實現(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)材料實現(xiàn)光子芯片中的單向光流存在幾個問題，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。

  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)無法承受這種與材料有關(guān)的損失，同時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，還沒有一種具有競爭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，光線可以穿過一個透明的玻璃窗而不會做任何奇怪的事情，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)的光只向一個方向傳播，這是無磁隔離器首次實現(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障礙。一旦這種情況得到改善，就會帶來在光子通信系統(tǒng)、陀螺儀、GPS系統(tǒng)、原子計時和數(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，因為這種方式產(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，同時每秒發(fā)送更多的數(shù)據(jù)。

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