科学家研发出光在波导中的传播方法
光子构建器件的艺术效果图，在其中一个臂上，入射光的波导基模（在波导横截面上模场只有一瓣）转化成为二阶模式（在波导横截面上模场分成两瓣），而在另一臂上，入射光的波导基模被转换成强劲表面波，可用作片上化学与生物传感。由应用于物理学助理教授NanfangYu领导的一个哥伦比亚大学工程学院的研究小组发明者了一种用纳米天线来高效掌控光在有限通路或波导中传播的方法。为了展示这个技术，他们生产了超越大于尺寸记录的光子构建器件，同时还需要在前所未有的长波长范围内维持最佳的性能。
光子构建器件的艺术效果图，在其中一个臂上，入射光的波导基模（在波导横截面上模场只有一瓣）转化成为二阶模式（在波导横截面上模场分成两瓣），而在另一臂上，入射光的波导基模被转换成强劲表面波，可用作片上化学与生物传感。由应用于物理学助理教授NanfangYu领导的一个哥伦比亚大学工程学院的研究小组发明者了一种用纳米天线来高效掌控光在有限通路或波导中传播的方法。为了展示这个技术，他们生产了超越大于尺寸记录的光子构建器件，同时还需要在前所未有的长波长范围内维持最佳的性能。光子集成电路（PIC）的基础是光波导中传播的光，而掌控这样的光传播是生产这些用光子而不是电子来传输数据的芯片的一个核心问题。
Yu的这个方法有可能带给更加慢，更加强劲，效率更高的光学芯片，这反过来又有可能返转变光通信和光信号处理。这项研究在线公开发表在了4月17日的《大自然＊纳米技术》杂志上。
“我们生产了具备大于尺寸和仅次于工作比特率的构建光子器件，”Yu说道。“我们现在在纳米天线的协助下增大光子构建器件的尺寸所能超过的程度，与20世纪50年代大真空管被更加小的半导体晶体管所代替时再次发生的情况类似于。这项工作为一个基本的科学问题获取了一个革命性的解决方案：如何以最有效地的方式来掌控波导中的光传播？沿波导传播的光波的光功率被容许在波导的核心：研究人员不能通过波导表面附近较小的倏逝波“尾巴”来采访被传导的光波。
这些难以捉摸的导波尤其无法操控，因此光子构建器件往往体积较为大，占用空间，从而容许了芯片的器件构建密度。增大光子构建器件的尺寸，从而使其具备类似于电子学遵循摩尔定律——电子集成电路中晶体管的数量每两年增加一倍——的历史进程，出了研究人员企图解决的一个主要挑战。Yu的团队找到，掌控光波最有效地的方法是用光学纳米天线“装饰”波导：这些微型天线从波导芯部萃取光线，改动光的特性，再行将光线获释返波导中。密集PCB的纳米天线阵列的积累效应是如此强劲，实在太它们可以在不多达两倍波长的传播距离内构建如波导模式切换等功能。
“相对于传统的方法指出必须长度为几十倍波长的器件来构建波导模式切换来说，这是一个突破”Yu说道。“我们早已需要将器件的尺寸增大10倍到100倍。”Yu的团队建构了需要将一种特定波导模式切换为另一种波导模式的转换器；这是取名为‘模分适配（MDM）’的技术的关键”。
光波导可以反对一个基模和一组高阶模，就像吉他的一根弦反对一个基本音和其泛音一样。MDM是一种大幅度减少光学芯片信息处理能力的方案：我们可以用于完全相同颜色的光，但是用几个有所不同的波导模式来通过完全相同的波导来同时传输几个独立国家的信道。“这种效果就像，例如，乔治·华盛顿桥神秘地享有了处置多几倍的交通量的能力，”Yu说明说道。
“我们的波导模式转换器可以使我们需要生产出有具备更高容量的信息通路。”他计划下一步将固定式的有源光学材料构建到光子构建器件中，从而使光在波导中传播的主动掌控沦为有可能。这种有源器件将不会是增强现实（AR）眼镜的基本包含单元，增强现实眼镜是一种再行确认配戴者的眼像差，然后将像劣校正图像感应进眼睛的护目镜——这是他和他的哥伦比亚大学工程学院的同事，MichalLipson教授，AlexGaeta，DemetriBasov，JimHone，以及HarishKrishnaswamy正在研究的课题。
Yu也在探寻将波导中传播的波转换成强劲表面波，这有可能最后被用作芯片上化学和生物传感。
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