扭轉(zhuǎn)光線机蔗，實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳輸
計(jì)算機(jī)芯片上的微小齒輪會(huì)產(chǎn)生光渦流蒲祈，從而促進(jìn)光學(xué)計(jì)算
研究人員首次使用由鍺制成的微小齒輪來(lái)產(chǎn)生扭曲的光漩渦，使其繞著傳播軸旋轉(zhuǎn)萝嘁，就像開塞鉆一樣梆掸。由于鍺與用于制造計(jì)算機(jī)芯片的硅相兼容，這種新型光源可以用來(lái)增加可通過基于芯片的光學(xué)計(jì)算和通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量牙言。研究人員來(lái)自英國(guó)南安普敦大學(xué)日本東京大學(xué)(University of Tokyo)酸钦、豐橋科技大學(xué)(Toyohashi University of Technology)和日立公司(Hitachi Ltd.)都在《光學(xué)快報(bào)》(Optical Express)期刊上介紹了光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)的新型發(fā)光齒輪。半徑在1微米或更小的情況下咱枉，25萬(wàn)個(gè)齒輪可以裝入1平方毫米的電腦芯片中卑硫。
由于其在通信和計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)，人們對(duì)產(chǎn)生扭曲的或具有軌道角動(dòng)量的光非常感興趣庞钢。今天拔恰，光被用來(lái)通過改變光子發(fā)射的數(shù)量或在光的兩種偏振態(tài)之間切換來(lái)攜帶信息。使用twisted light基括，每個(gè)twist可以表示不同的值或字母颜懊，允許使用較少的光照編碼更多的信息。南安普敦大學(xué)的Abdelrahman Al-Attili是這篇論文的第一作者风皿，他說(shuō):“我們的新型微齒輪具有在硅基板上集成激光器的潛力河爹，硅基板是在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建集成光學(xué)電路所需的最后一個(gè)組件⊥┛睿”這些微小的基于光學(xué)的電路使用扭曲的光來(lái)傳輸大量的數(shù)據(jù)咸这。
利用應(yīng)變改善光發(fā)射
硅是制造計(jì)算機(jī)芯片和相關(guān)元件的常用材料，但要在硅上制造出一種可用的微型化光源是不可能的魔眨，因?yàn)檫@種材料的特性導(dǎo)致了低的發(fā)光效率媳维。鍺雖然有類似的局限性酿雪，但通過拉伸施加應(yīng)變可以提高其發(fā)光效率≈豆簦“以前指黎，用于鍺的應(yīng)變不夠大，不能在不降解材料的情況下有效地產(chǎn)生光州丹，”阿蒂利說(shuō)醋安。“我們新的微齒輪設(shè)計(jì)有助于克服這一挑戰(zhàn)墓毒∠啪荆”
新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，微齒輪的邊緣是獨(dú)立的所计，因此它們可以被沉積在結(jié)構(gòu)上的氧化膜拉伸柠辞。這樣就可以在不破壞鍺晶體結(jié)構(gòu)的情況下施加拉伸應(yīng)變。齒輪安裝在硅基座上醉箕，硅基座將齒輪連接到硅基板的頂部钾腺，并允許在運(yùn)行過程中散熱。
為了展示他們的新設(shè)計(jì)讥裤，研究人員使用電子束光刻技術(shù)制造出了構(gòu)成齒輪齒的非常精細(xì)的物理特征放棒。然后他們用標(biāo)準(zhǔn)的綠色激光照射齒輪，這種激光不會(huì)發(fā)出扭曲的光己英。當(dāng)微齒輪吸收了綠光后间螟，它會(huì)產(chǎn)生自己的光子，這些光子在齒輪的邊緣循環(huán)损肛，形成扭曲的光厢破，通過周期性的齒輪垂直地反射出去。
精密光學(xué)模擬
研究人員通過計(jì)算機(jī)模擬來(lái)測(cè)試和調(diào)整他們的設(shè)計(jì)治拿，模擬光在齒輪中的傳播方式超過納秒甚至更短的時(shí)間摩泪。通過與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的對(duì)比，可以確定齒輪產(chǎn)生了扭曲的光劫谅〖樱“我們可以精確地設(shè)計(jì)我們的設(shè)備來(lái)控制每傳播波長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)數(shù)和發(fā)射光的波長(zhǎng)，”Al-Attili說(shuō)捏检。
研究人員正在努力進(jìn)一步提高鍺微齒輪的發(fā)光效率荞驴。如果成功，這項(xiàng)技術(shù)將使將數(shù)千束激光集成到硅片上傳輸信息成為可能贯城。Al-Attili說(shuō):“用來(lái)制造電子設(shè)備的硅制造技術(shù)現(xiàn)在可以應(yīng)用于制造各種光學(xué)設(shè)備熊楼。”“我們的微齒輪只是一個(gè)例子能犯，這些能力可以用來(lái)制造納米和微尺度的設(shè)備鲫骗∪埽”
