Университет штата Пенсильвания недавно объявил о крупном прорыве в технологии управления светом на уровне схем, создав более жизнеспособный интерфейс между распространением волн в свободном пространстве и управляемым волноводом.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, подробно описаны впечатляющие достижения в области переноса света из свободного пространства в волновод. Раньше было сложно успешно ввести волноводный свет в свободное пространство (из-за ограниченного контроля фазы).
Исследователи разработали гибридную архитектуру, в которой метаатомы размером с субволновую длину осаждаются на поверхности волновода, что позволяет интегрировать световые функции для конкретных приложений на уровне чипа.
Разработав численно и экспериментально, исследовательская группа успешно продемонстрировала отклонение луча вне кристалла и фокусировку света с контролем метаповерхности. Как показано ниже, были разработаны испытательные установки для управления лучом. Чтобы сфокусировать луч, исследователи использовали оптический параметрический генератор с лазерной накачкой, подключенный к сужающемуся линзированному оптоволокну для модового сигнала, а оттуда в свободное пространство. Метаповерхности предлагают интерфейс оптической связи со встроенной возможностью фильтрации, обеспечивая двустороннее преобразование между волновым фронтом в свободном пространстве и одномодовым (TE00) передачей.
Дополнительные исследования продемонстрировали, как исследователи тестировали свою разработанную металлическую антенну с наностержнем для завершения моделирования с использованием коммерчески доступного решающего пакета метода конечных элементов (FEM). Дополнительные данные четко указывают на контроль метаповерхностей для генерации волнового фронта на различных длинах волн. По сути, метаповерхности обеспечивают управление частотой, поляризацией, фазой и амплитудой света.
В исследовании штата Пенсильвания используется накопленная фаза (βx) и резкий фазовый сдвиг (ΔΦx) для преодоления ранее ограниченного контроля фазы (π). Используя спроектированное размещение метаповерхностей с полным фазовым сдвигом (2π), исследователи создали диаграммы направленности фотонных антенн в свободном пространстве с волноводом на определенных нанометровых частотах (1550 нм) в желаемой фокусной точке.
Существуют соображения эффективности при нынешней конструкции металлической нанополоски с метаповерхностью, которая имеет потери на поглощение 45,5%. Во второй конструкции использовался чистый диэлектрик, и общая рассеиваемая мощность уменьшалась в десять раз, в первую очередь за счет отсутствия металлических компонентов. Общая эффективность извлечения метаповерхностного интерфейса составляет 9%.
Фотонная технология предлагает расширенную полосу пропускания, повышенную скорость и более низкие требования к энергии, чем эквивалентные технологии на основе RF. Одномодовое волокно, правильно мультиплексированное, может передавать значительно более высокую пропускную способность, чем медные системы. Фотоны обычно не сталкиваются друг с другом при прохождении и, как таковые, не выделяют тепло, с которым мы обычно имеем дело в электронных системах. Это означает, что меньше теряемого тепла для удаления из системы, и система намного более энергоэффективна.
Технология Penn State предлагает мощные возможности для интегрированной технологии PIC с возможностями формирования луча метаповерхностей. Метаповерхности обеспечивают высококогерентную передачу и прием фотонов непосредственно на кристалле. Технология лидаров, которая работает по тому же принципу, что и радары, но с фотонами, использует показатель энергоемкости для характеристики объектов. Поскольку новая технология предлагает возможность генерировать определенные световые функции, инженеры могут в будущем разработать высокоинтенсивный лидар с управляемым лучом, способный создавать узконаправленные диаграммы направленности антенн для больших расстояний обнаружения.
Основываясь на увеличении плотности PIC, обеспечиваемой достижениями, исследовательская группа видит будущие приложения, начиная от миниатюрных технологий отображения для виртуальной реальности и устройств дополненной реальности до голографической проекции. Преимущества фотонных интегральных схем были хорошо задокументированы в исследованиях, и с появлением этой новой технологии, объединяющей PIC и метаповерхности, инженеры могут продолжать раздвигать границы современной электроники. Преимущества фотонных интегральных схем были хорошо задокументированы в исследованиях, и с появлением этой новой технологии, объединяющей PIC и метаповерхности, инженеры могут продолжать раздвигать границы современной электроники.
© digitrode.ru