Исследование, проведенное под руководством доцента кафедры электротехники Синцзе Ни, было недавно опубликовано в журнале Science Advances. Соавторами статьи были кандидаты в докторантуру по электротехнике штата Пенсильвания Сюэсюэ Го, Иминь Дин, Си Чен и Яо Дуань.
Традиционно у ученых было два варианта управления светом для использования в различных оптических устройствах. Первый – это фотонная интегральная схема (PIC), которая может быть встроена в небольшие микросхемы, но имеет ограниченную способность управлять светом в свободном пространстве – светом, распространяющимся в воздухе, космическом пространстве или вакууме, в отличие от направления в волокнах или других волноводах.
Второй – это недавно появившаяся метаповерхность – искусственно созданный тонкий слой, который позволяет манипулировать светом на субволновом уровне, но не может быть интегрирован в чип.
Ни и его коллеги-исследователи решили эту проблему, объединив лучшие качества двух предыдущих вариантов в новую гибридную фотонную архитектуру, которая имеет метаповерхности, интегрированные в микросхему PIC, при сохранении высокой управляемости света.
«Это включение PIC и метаповерхностей позволяет управлять метаповерхностями, используя направленные волны внутри PIC», – сказал Ни. "Он позволяет направлять свет между различными метаповерхностями, выполняя несколько сложных функций на одном кристалле."
Эта новая разработка может найти применение в оптической связи, оптическом дистанционном зондировании – LiDAR – оптических межсоединениях в свободном пространстве для центров обработки данных и дисплеев виртуальной реальности и дополненной реальности. ?
«Разработанная технология откроет захватывающие возможности для создания многофункциональных устройств PIC с гибким доступом к свободному пространству, а также управляемых, управляемых волнами метаповерхностей с возможностью полной интеграции в кристалл», – сказал Ни.
По словам Ни, наиболее интригующими аспектами его исследования являются последствия для будущих разработок и успех сочетания лучших черт существующих технологий.
«Я думаю, что самая захватывающая часть исследования заключается в том, что мы объединили две мощные технологии с дополнительными возможностями – интегрированную фотонику и метаповерхности», – сказал он. «Наша гибридная система имеет преимущества как метаповерхностей, так и PIC.
Кроме того, наша конструкция отличается высокой гибкостью и модульностью. Библиотека строительных блоков может быть создана для повторного использования и создания согласованных функциональных компонентов на различных устройствах или системах."