芯片上的光学纳米天线首次实现了高速传输

IEEE电气电子工程师学会2021-11-21 06:49:52

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据悉,澳大利亚国立大学 (ANU) 领导的国际研究小组首次通过在光波导上嵌入光学纳米天线。在这里,纳米天线的金纳米棒充当馈电元件的角色,相当于无线电波中的天线;光波导则相当于无线电波中的电缆,可以接收由天线检测到的电磁波。

 

这项工作在《科学进展》杂志发表之前, 很少有光学纳米天线被印在光波导上的例子。此外, 这些早期的例子有非常有限的功能, 如耦合光波导模式。

 

"我们所展示的是, 这样一个亚微米大小的天线可以排序和路由不同的信息流 (编码成不同的光极化态) 到波导的不同方向", 领导ANU的研究小组的Dragomir Neshev教授在IEEE Spectrum的邮件采访中说。"这是一个非常重要的操作, 用于任何通信链路的相干接收器。

 

值得注意的是,这种嵌入光学纳米天线波导的基础与八木天线有点类似,它只能在一个方向发射或者收集无线电波。基于这样一个事实,Neshev补充说:“我们设计的天线可以有效地将水平和垂直方向上的偏振进行整合”。

 

当然, 光学 "纳米天线" 这个词经常被广泛使用。因此, 有时甚至一个简单的纳米粒子被称为光学纳米天线。为了了解ANU研究人员所做的事情, 用无线电波天线类比光学纳米天线会更有帮助。

 

在无线电波天线中, 天线有一个馈电元件, 它连接到一根电缆上, 这样就能探测到来自空气的电磁辐射并将其通道到电缆上。因此, 在这个类比中, 纳米天线的金纳米棒是馈电元件, 光波导是电缆。

 

光学纳米天线通过等离子体操作。在等离子体中, 入射光激发金属表面的电子, 使它们开始在等离子体波中穿过金属表面。这些等离子体波的长度比最小的光波长都要小得多。因此, 可以使设备的规模小得多, 而不是依靠光本身。等离子体可能创造出所谓的光子集成电路 (IC), 其中光子可以取代电子。

 

在不久的将来, Neshev教授和他的同事们将努力提高设备的传输效。Neshev教授解释说, 这项最新的研究是非常不寻常的, 因为它涉及的专业知识包括等离子体, 制造波导的硅光子学, 和电信网络的高速率传输等。

 

然而, Neshev教授承认, 在这种设备商业化开发之前, 还需要进行更多的工程设计。"整个结构需要与cmos 兼容," Neshev教授表示。"目前使用的金柱将不得不更换另一种金属, 可能是铝, 以兼容标准cmos制造。



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