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科学家在培养皿中种植光学芯片

2020-06-29 16:45:10 来源:网络 阅读:
  现代光子学产业一直在努力使其设备更加紧凑,无论是计算机系统,还是传感器和激光雷达。要做到这一点,激光器、晶体管和其他部件必须变得更小。由ITMO研究人员领导的一组科学家提出了一种快速、经济的方法,可以直接在培养皿中制造光学芯片。这项研究发表在ACSNano上。
  如今,基于微激光和光学芯片的设备越来越普遍。它们被用于激光雷达的生产、新生物传感器的开发,而且在未来,它们可以成为新的光学计算机的基础,这些计算机将使用光子而不是电子来传输和处理信息。今天的光学芯片工作在红外(IR)范围内,也就是说,它们所发射的波长是人眼看不见的波长。
  但为了使设备更紧凑,我们需要在可见光下工作,因为芯片的大小取决于它发射的波长,"ITMO物理与工程系首席研究员谢尔盖·马卡罗夫(SergeyMakarov)说。
  光学芯片由激光器和波导等组件组成。虽然在光谱的绿色或红色部分很容易产生光源,但这些波长的波导可能是个问题。
  IvanSinev是ITMO物理和工程系的高级研究员,IvanSinev说:微激光器是你需要引导到某个地方的发射源,这就是波导所做的。"然而,用于红外光学系统的标准硅波导不能在可见光范围内工作。他们必须以不超过几微米的距离传输信号。对于光学芯片,我们需要传输几十纳米的信号。千分尺是高度局部化的,所以波导的直径很小,光会穿过它足够远。
  科学家们试图用银波导代替硅波导,但系统的传输距离还不够。最后,包括ITMO大学的专家在内的一组科学家使用磷化镓作为波导材料,因为可见光带中磷化镓的损耗很低。但最重的?可以肯定的是,溶液化学可以在培养皿中直接在波导上生长两种光源,这比常用的纳米光刻技术便宜得多。
  新芯片的元件尺寸大约是在红外光谱中工作的同类元件的三倍。
  ITMO物理和工程系的高级研究员AnatolyPushkarev说:"芯片的重要特点是通过一个非常简单的程序将发射颜色从绿色调整到红色:钙钛矿和卤化氢蒸气之间的阴离子交换。重要的是,你可以在芯片生产后改变发射颜色,并且这个过程是可逆的。"这对于必须传输许多不同波长的光信号的设备非常有用。例如,您可以为这样的设备创建多个激光器,将它们连接到单个波导,并使用它们一次传输多个不同颜色的信号。
  科学家们还为新制造的芯片配备了一个由钙钛矿制成的光学纳米天线,该天线接收沿波导传播的信号,并允许将这两个芯片组合成一个系统。
  我们在波导的另一端增加了一个纳米天线,"PavelTrofimov博士解释说。ITMO是物理和工程系的学生。"所以现在,我们有了一个光源,一个波导和一个纳米天线,当被微激光泵浦时,它们发出光。"我们在其中增加了另一个波导:结果,单个激光器的发射进入了两个波导。同时,纳米天线不仅将这些元素连接到一个系统中,而且还将部分绿灯转换成红色光谱。