美国高校研制新型波导套层 推动光电器件发展

   由美国普渡大学牵头、全球多所高校共同组成的国际研究小组日前研究出各向异性超材料波导套层(cladding)，可使光在计算芯片上预定轨道中传输，防止信息比特泄露和混乱，研究成果发布在《自然通信》上。下图为研究成果示意图。

  需求背景

  光器件信息处理速度和功耗都远优于现阶段的电器件，光电集成芯片成为发展热点，因此将光限制在芯片上应有的传输路径中是研究重点之一，但光和其所承载的信息比特往往会泄露或散射出集成在芯片中的小单元。普渡大学电子和计算机工程助教Zubin Jacob说：“我们想要在波导中传输信息比特，能够沿着急转弯传输，且不会因为热的原因而丢失。这是一个挑战。”

  核心进展

  研究人员沿着光传播路径(波导)研制出了一个新的套层，可阻止信息泄露，尤其是在急转弯处，在这些地方光容易出现散射，造成信息丢失或混乱。阻止光的散射能够简化光电电路与电子电路的集成，增加通信速度和减少功耗。

  该波导套层的独特之处在于其各向异性，意味着套层设计可支持光能在不同方向以不同速度传输。通过控制套层的各向异性，研究人员阻止了光从波导中泄露进入其他相交的波导。与此对应的是，由光所携带的信息比特通过“全内反馈”返回，紧紧地限制在波导中。

  自评

  普渡大学电子和计算机工程的研究生教育助教Saman Jahani说：“我们所研制的波导是一个只有丝厚的结构，这意味着真实发生的任何泄露将非常小。该方法为单个计算机芯片上的高密度光电集成铺平了道路，而不用担心光泄露的问题。”

  研究团队

  该研究工作由国际研究团队完成，包括普渡大学、加拿大阿尔伯塔大学、德州理工大学、英属哥伦比亚大学、上海微系统与信息技术研究所。

  资金支持

  美国国家科学基金会(NSF)、中国科学院、上海市政府、加拿大自然科学和工程研究委员会、硅电子-光电集成电路项目。

  发表论文

  Controlling evanescent waves using silicon photonic all-dielectric metamaterials for dense integrationdoi:10.1038/s41467-018-04276-8