普渡大學(xué)的研究人員幫助設(shè)計(jì)了一種緊湊型開關(guān)，可以將光線更可靠地限制在小型計(jì)算機(jī)芯片組件中，從而加快信息處理速度。

眾所周知，光子或光單元比電子更快，因此可以更小的芯片結(jié)構(gòu)更快地處理信息。與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，華盛頓大學(xué)和弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的研究人員合作設(shè)計(jì)的開關(guān)繞過了在使用所謂的表面等離子體或光與自由電子云的振蕩耦合時(shí)不必要的光吸收的傾向，以幫助限制光線到納米尺度。

“這背后的重要思想是從電子電路到光子電路，”普渡大學(xué)的Bob和Anne Burnett電氣和計(jì)算機(jī)工程杰出教授Vladimir Shalaev說。“從電子學(xué)到光子學(xué)，你需要一些將光限制在非常小的區(qū)域的結(jié)構(gòu)。等離子體似乎是解決方案。”

即使等離子體減小了光，光子也會(huì)丟失或吸收，而不是在與等離子體相互作用時(shí)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)芯片的其他部分。

研究人員通過開發(fā)稱為環(huán)形調(diào)制器的開關(guān)來解決這個(gè)問題，該開關(guān)使用共振來控制光線是否與等離子體耦合。當(dāng)接通或不諧振時(shí)，光通過硅波導(dǎo)傳播到芯片的其他部分。當(dāng)關(guān)閉或共振時(shí)，光與等離子體耦合并被吸收。

普渡大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的研究生助理Soham Saha說：“當(dāng)你擁有純粹的等離子體裝置時(shí)，光可能是有損的，但在這種情況下，它對(duì)我們來說是一種收獲，因?yàn)樗鼤?huì)在必要時(shí)減少信號(hào)。” “我們的想法是選擇何時(shí)需要損失，何時(shí)不需要。”

損耗在開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間產(chǎn)生對(duì)比，因此在適合處理信息位的情況下更好地控制光的方向。Shalaev說，等離子體激元輔助環(huán)形調(diào)制器也會(huì)產(chǎn)生更小的“足跡”，因?yàn)榈入x子體能夠?qū)⒐庀拗圃诩{米級(jí)芯片結(jié)構(gòu)之下。

普渡大學(xué)的研究人員計(jì)劃使這種調(diào)制器與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管完全兼容，為真正用于計(jì)算機(jī)芯片的混合光子和電子納米電路鋪平了道路。

“超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)包含電子和光學(xué)組件，可以非?？焖俚剡M(jìn)行大規(guī)模計(jì)算，”普渡大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程教授亞歷山德拉·博爾塔塞娃說，他的實(shí)驗(yàn)室專門研究等離子體材料。“我們所做的工作非常適合這種混合模式，所以當(dāng)計(jì)算機(jī)芯片全光學(xué)時(shí)，我們不必等待它使用它。”

等離子體輔助電光調(diào)制器的開發(fā)不僅需要等離子體技術(shù)的專業(yè)知識(shí)，還需要來自ETHZürich的Juerg Leuthold領(lǐng)先集團(tuán)的集成電路和納米光子學(xué) - 包括Christian Haffner和其他集團(tuán)成員 - 以及光電開關(guān)材料來自華盛頓大學(xué)的拉里道爾頓小組。Haffner和Nathaniel Kinsey，普渡大學(xué)的學(xué)生，現(xiàn)在是弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的電子和計(jì)算機(jī)工程教授，以及Leuthold，Shalaev和Boltasseva，構(gòu)思了用于亞波長光學(xué)設(shè)備的低損耗等離子體輔助電光調(diào)制器的想法，包括緊湊的片上傳感和通信技術(shù)。