杜克大學(xué)的工程師們已經(jīng)展示了一種可以在尖角周圍引導(dǎo)光子的設(shè)備，幾乎沒有由于反向散射造成的損失，這是一種關(guān)鍵性能，如果要用光學(xué)設(shè)備替換電子設(shè)備，這將是必需的。

結(jié)果是通過基于拓?fù)浣^緣體概念的光子晶體實現(xiàn)的，該材料在2016年獲得了發(fā)現(xiàn)者的諾貝爾獎。通過仔細控制晶格的幾何形狀，研究人員可以防止光線穿過其內(nèi)部，同時沿著其表面完美傳輸。

通過這些概念，盡管設(shè)備比以前的設(shè)計小得多，但該設(shè)備在角落周圍實現(xiàn)了近乎完美的透射率。

半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會估計，電子設(shè)備的數(shù)量增長如此之快，到2040年，全世界都沒有足夠的電力來運行它們。一種可能的解決方案是轉(zhuǎn)向無質(zhì)量光子來代替當(dāng)前用于傳輸數(shù)據(jù)的電子。除了節(jié)省能量，光子系統(tǒng)還承諾更快，并具有更高的帶寬。

光子已經(jīng)在一些應(yīng)用中使用，例如片上光子通信。然而，當(dāng)前技術(shù)的一個缺點是這種系統(tǒng)不能有效地轉(zhuǎn)動或彎曲光。但是，對于光子永遠取代微芯片中的電子，在微觀空間中繞角行進是必要的。

“設(shè)備越小越好，但當(dāng)然我們也在盡量減少損失，”杜克大學(xué)電氣和計算機工程博士后Wiktor Walasik說。“有很多人致力于使全光學(xué)計算系統(tǒng)成為可能。我們還沒有，但我認(rèn)為這是我們的目標(biāo)。”

之前的演示也顯示了在拐角周圍引導(dǎo)光子時的微小損失，但是新的Duke研究在長35微米，寬5.5微米的矩形器件上進行了測試 - 比之前演示的基于環(huán)形諧振器的器件小100倍。

這項新研究于11月12日在線發(fā)表在Nature Nanotechnology雜志上研究人員利用電子束光刻制作了拓?fù)浣^緣體，并通過一系列急轉(zhuǎn)彎測量了透光率。結(jié)果表明，每次轉(zhuǎn)彎只會導(dǎo)致百分之幾的損失。

“在傳統(tǒng)光子晶體的尖角周圍引導(dǎo)光線是可能的，但只能通過針對特定參數(shù)設(shè)置的長期繁重工藝，”Duke的電氣和計算機工程教授Natasha Litchinitser說。“如果你在制作過程中犯了最微小的錯誤，它就會失去很多你想要優(yōu)化的屬性。”

“但是我們的設(shè)備無論其光子路徑的尺寸或幾何形狀都會起作用，光子傳輸受到拓?fù)浔Ｗo，”Litchinitser實驗室的博士生，該論文的第一作者Mikhail Shalaev補充道。“這意味著即使光子晶體結(jié)構(gòu)存在微小缺陷，波導(dǎo)仍能很好地工作。它對制造誤差不那么敏感。”

研究人員指出，他們的設(shè)備還具有較大的工作帶寬，與現(xiàn)代半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容，并且適用于目前用于電信的波長。

接下來，研究人員試圖使其波導(dǎo)動態(tài)可調(diào)，以改變其操作帶寬。這將允許波導(dǎo)隨意打開和關(guān)閉 - 全光學(xué)光子技術(shù)的另一個重要特征變?yōu)楝F(xiàn)實。