小顧

美國普渡大學(xué)研究人員開發(fā)出一種新的“等離子氧化材料”，有望帶來超快全光通信技術(shù)，至少比傳統(tǒng)技術(shù)要快10倍。相關(guān)論文發(fā)表在美國光學(xué)協(xié)會的《光學(xué)》雜志上。

光通信是用激光脈沖沿光纖來傳輸信息，用于電話服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視；而全光技術(shù)無論是數(shù)據(jù)流還是控制信號都是光脈沖，不用任何電信號來控制系統(tǒng)。論文第一作者、博士生納薩尼爾·金賽說，對數(shù)據(jù)傳輸來說，能調(diào)制反射光的量是必要條件，“我們能設(shè)計(jì)一種薄膜使反射光增加或減少，利用光反射的增減來編碼數(shù)據(jù)，反射的變化會導(dǎo)致傳輸?shù)淖兓！?/p>

研究人員證明了鋁摻雜氧化鋅（AZO）制造出的光學(xué)薄膜材料是可調(diào)制的。他們用鋁摻雜氧化鋅，在氧化鋅中浸滿了鋁原子以改變材料的光學(xué)性質(zhì)，使它在特定波長下變得像一種金屬，而在其他波長下像高電阻介質(zhì)。AZO薄膜的折射率接近于零，它能利用電子云狀的表面等離激元來控制光。脈沖激光會改變AZO的折射率，從而調(diào)制反射光的量。這種材料能在近紅外光譜范圍工作，可用在光通訊中，并與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）兼容。

研究人員的設(shè)想是利用這種材料來創(chuàng)造一種“全光等離子調(diào)制器”，或叫光學(xué)晶體管。在電子設(shè)備中，硅基晶體管負(fù)責(zé)開關(guān)電源、放大信號。光學(xué)晶體管是用光而不是電來執(zhí)行類似任務(wù)，會使系統(tǒng)運(yùn)行大大加速。用脈沖激光照射這種材料，材料中的電子會從一個(gè)能級（價(jià)帶）移動到更高能級（導(dǎo)帶），留下空穴，并最終與這些空穴再次結(jié)合。晶體管開關(guān)的速度受限于完成這一周期的時(shí)間。在他們的AZO薄膜中，這一周期約為350飛秒，比晶體硅要快約5000倍。把這種速度提升轉(zhuǎn)化到設(shè)備中，至少比傳統(tǒng)硅基電子設(shè)備要快10倍。