Фотонные интегральные схемы (ICs) основаны на легком размножении в оптических волноводах, и управление таким легким распространением является главным вопросом в строительстве этого жареного картофеля, который использует свет вместо электронов, чтобы транспортировать данные. Метод Ю мог привести к более быстрому, более сильному, и более эффективному оптическому жареному картофелю, который в свою очередь мог преобразовать оптические коммуникации и оптическую обработку сигнала. Исследование опубликовано онлайн по своей природе Нанотехнологии 17 апреля.
«Мы построили интегрированные нанофотонные устройства с самым маленьким следом и самой большой операционной пропускной способностью когда-либо», говорит Ю. «Степень, до которой мы можем теперь уменьшить размер фотонных интегрированных устройств с помощью наноантенн, подобна тому, что произошло в 1950-х, когда большие электронные лампы были заменены намного меньшими полупроводниковыми транзисторами. Эта работа предоставляет революционное решение фундаментальной научной проблемы: Как управлять легким размножением в волноводах самым эффективным способом?»Оптическая сила световых волн, размножающихся вдоль волноводов, заключена в ядре волновода: исследователи могут только получить доступ к управляемым волнам через маленькие недолговечные «хвосты», которые существуют около поверхности волновода.
Этими неуловимыми управляемыми волнами особенно трудно управлять и таким образом, фотонные интегрированные устройства часто большие в размере, занимая место и таким образом ограничивая плотность интеграции устройства чипа. Сокращение фотонных интегрированных устройств представляет цель исследователей основной проблемы преодолеть, отражая историческую прогрессию электроники, которая следует закону Мура, что количество транзисторов в электронном ICs удваивается приблизительно каждые два года.
Команда Ю нашла, что самый эффективный способ управлять светом в волноводах состоит в том, чтобы «украсить» волноводы оптическими наноантеннами: эти миниатюрные антенны тянут свет из ядра волновода, изменяют свойства света и свет выпуска назад в волноводы. Накапливаемый эффект плотно упакованного множества наноантенн так силен, что они могли достигнуть функций, таких как преобразование способа волновода на расстоянии распространения не больше, чем дважды длина волны.
«Это – прорыв, полагая, что обычные подходы, чтобы понять преобразование способа волновода требуют устройств с длиной, которая является десятками сотен времен длина волны», говорит Ю. «Мы были в состоянии уменьшить размер устройства фактором 10 – 100».Команды Ю создали конвертеры способа волновода, которые могут преобразовать определенный способ волновода в другой способ волновода; это ключевые инструменты реализации технологии, названной «мультиплексирование подразделения способа» (MDM). Оптический волновод может поддержать фундаментальный способ волновода и ряд способов высшего порядка, тот же самый способ, которым струна гитары может поддержать один фундаментальный тон и его гармонику. MDM – стратегия существенно увеличить силу обработки информации оптического чипа: можно было использовать тот же самый цвет света, но нескольких различных способов волновода, чтобы транспортировать несколько независимых источников информации одновременно, на всем протяжении того же самого волновода. «Этот эффект похож, например, на Джордж Вашингтон-Бридж, волшебно имеющий способность обращаться несколько раз с большим количеством объема перевозок», объясняет Ю. «Наши конвертеры способа волновода могли позволить создание намного большего количества емкостных информационных путей».
Он планирует рядом с, включают активно настраиваемые оптические материалы в фотонные интегрированные устройства, чтобы позволить активный контроль легкого размножения в волноводах. Такие активные элементы будут основными стандартными блоками очков дополненной реальности (AR) – защитные очки, которые сначала определяют глазные отклонения владельца и затем проецируют исправленные отклонением изображения в глаза – что он и его коллеги Разработки Колумбии, профессора Михал Липсон, Алекс Гэета, Деметри Басов, Джим Хон, и Хэриш Кришнэсвами продолжают работать теперь.
Ю также исследует волны преобразования, размножающиеся в волноводах в сильные поверхностные волны, которые могли в конечном счете использоваться для химического и биологического ощущения на чипе.