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集成光子学和超表面技术结合,实现更好的光控制

发布时间: 2020-08-10 10:35:25   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

超表面——一种人工设计的薄层,允许在亚波长范围内进行光操作,具有无可比拟的光可控性。超表面已显示出巨大的潜力,有望彻底改变传统光学。然而,它们主要需要外部光激发,这使得它们很难完全集成在芯片上。另一方面,集成光子学可以将光学元件密集地封装在芯片上,但它却限制了自由空间的光可控性。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新技术,通过将两种方法的优势整合到一种新的混合光子结构中,这种结构将超表面集成到PIC芯片中,同时保持了高光可控性。这种技术可以在不需要大量难以整合的材料和结构的情况下实现更好的光控制。从虚拟现实到光学遥感,这种新的光子集成芯片可能在光学领域和工业中带来许多进步。相关研究发表在723日《Science Advances》上。

. 导波驱动超表面的工作原理图

研究团队通过在波导上修饰超表面,将导波塑造成任何想要的自由空间模式,以实现复杂的自由空间功能,比如平面外的光束偏转和聚焦。这种超表面打破了主动微环谐振器中顺时针和逆时针传播的回音壁通道模式的简并,从而实现芯片上的直接轨道角动量激光。研究成果展示了在集成光子学和自由空间平台上完全控制光的可行途径,并使创建灵活访问自由空间的多功能光子集成设备成为可能,这使得通信、遥感、显示器等领域的大量应用成为可能。

PIC和超表面的结合使得在PIC内部使用引导波驱动超表面成为可能,”Xingjie Ni表示,“它能够在不同的超表面之间路由光,在单个芯片上执行多种复杂的功能。”

“这项研究最令人兴奋的部分是,我们结合了两种功能互补的强大技术——集成光子学和超表面,他说。我们的混合系统兼具了超表面和PIC两方面的优点。此外,我们的设计是高度灵活和模块化的。构建块的库可以被建立起来,用于在各种设备或系统之间重用和创建一致的功能组件。”

原文https://advances.sciencemag.org/content/6/29/eabb4142

 

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