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        新型納米材料使可重寫的集成納米光子電路成為可能

        2016-03-10 12:21:42
        電子工業(yè)專用設(shè)備 2016年12期
        關(guān)鍵詞:德克薩斯波導(dǎo)納米材料

        新型納米材料使可重寫的集成納米光子電路成為可能

        德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員開發(fā)了一種混合納米材料,能夠?qū)鈱W(xué)元件進(jìn)行寫入、擦除和重寫操作。研究人員認(rèn)為,這種納米材料及開發(fā)技術(shù)可以用來創(chuàng)造新一代的光學(xué)芯片和電路。在雜志《Nano Letters》發(fā)表的研究中,該德克薩斯團(tuán)隊(duì)描述了如何通過從等離子體表面開始創(chuàng)建他們的新型混合納米材料的過程。表面等離子體光子學(xué)是研究利用光子撞擊金屬表面時(shí)產(chǎn)生的電子密度振蕩的一門學(xué)科。這些類似波的振蕩電子被稱為表面等離子體激元。

        在這種情況下,金屬表面由覆蓋了嵌入有光感特性分子的聚合物層的鋁納米顆粒構(gòu)成。

        這些光致變色分子能夠和光發(fā)生量子相互作用,使的分子變得透明或不透明。在德克薩斯研究人員創(chuàng)造的光子電路中,金屬等離子體表面和光致變色分子代表兩個(gè)量子系統(tǒng)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中,兩個(gè)量子系統(tǒng)之間的相互作用或耦合是非常強(qiáng)的。通過利用這些現(xiàn)象,研究人員創(chuàng)造了一個(gè)能夠控制光的方向的波導(dǎo),對(duì)集成光子電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

        研究人員首先使用綠色激光在納米材料中創(chuàng)建了他們的波導(dǎo)。然后,他們能夠使用UV光線擦除該波導(dǎo),接著他們使用綠色激光重新寫入波導(dǎo)圖案。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,這是人類首次能夠使用全光學(xué)技術(shù)來重寫波導(dǎo)。

        “在我們的工作中,我們用混合等離子體波導(dǎo)作為一個(gè)量子系統(tǒng),并將分子添加到聚合物作為第二個(gè)量子系統(tǒng),”Linhan Lin,該研究的共同作者之一,在與IEEE Spectrum的電子郵件采訪中解釋道。“一旦這兩個(gè)量子系統(tǒng)之間發(fā)生強(qiáng)耦合作用,我們只需使用UV紫外線照射樣品,就能朝兩個(gè)不同的新方向改變混合等離子體波導(dǎo)的諧振頻率?!?/p>

        根據(jù)Lin的說法,當(dāng)樣品被UV紫外線照射的瞬間,混合等離子體波導(dǎo)在該諧振頻率下就不能工作了,或者換個(gè)說法,波導(dǎo)被擦除了。一旦綠色激光照射在樣品上(分子變得透明),諧振頻率將返回初值。“通過該途徑,我們獲得了波導(dǎo)的工作方式,所以說我們創(chuàng)建了波導(dǎo),”Lin補(bǔ)充道。

        當(dāng)然,該可重寫光學(xué)系統(tǒng)的概念不是全新的;它是以CD和DVD這類光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)為基礎(chǔ)。但是,CD和DVD需要龐大的光源,光學(xué)介質(zhì)和光檢測(cè)器來工作。這里開發(fā)的可重寫集成光子電路的優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)用在2-D材料上。

        “為了開發(fā)可重寫的集成納米光子電路,人們必須能夠?qū)⒐庀拗圃诙S(2-D)平面內(nèi),其中光可以在平面中進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸,而且在其傳播方向、幅度、頻率和相位上被任意控制,”Yuebing Zheng,領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的一位德克薩斯大學(xué)教授,在采訪中說到?!拔覀兊牟牧鲜且环N混合物質(zhì),使開發(fā)可重寫的集成納米光子電路成為可能?!?/p>

        一些工程應(yīng)用需要等到這些可重寫的集成納米光子電路成熟完善。Lin解釋說,要將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室之外,需要提高這種可重寫設(shè)備的穩(wěn)定性,同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命。此外,還需要使混合等離子體波導(dǎo)的工作頻率與片上通信頻率匹配。

        Zeng補(bǔ)充說:“我們的目標(biāo)是開發(fā)超越波導(dǎo)的可重寫光學(xué)元件,這將導(dǎo)致可重寫光學(xué)濾波器,信道下降濾波器,延遲線,傳感器,激光器,調(diào)制器,色散補(bǔ)償器等的出現(xiàn)。這些都是未來光子集成電路的關(guān)鍵組件?!?/p>

        (來源:cnbeta)

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