新的超薄光學腔可在電子晶元上同時產生多種色彩

嵌入銀條的新型超薄納米腔可實現流線型色彩的產生，因此對於當今的電子學和未來的光子學來說拓寬了可能實現的帶寬。圖片來源：普渡大學。

彩虹不僅僅是種種的顏色，而且每種顏色的光都有自己的頻率。你擁有的頻率越高，傳輸信息的帶寬就越高。

目前在電子晶元上只使用一種顏色的光限制了基於感測散射顏色變化的技術，例如檢測血液樣本中的病毒，或者在監測農田或森林時處理植被的飛機上獲取的圖像。

將多種顏色同時投入使用將意味著同時部署多個信息通道，不僅擴展了當今的電子設備的帶寬，而且還將帶來更快的即將到來的「納米光子學」，這將依賴於光子的快速和無質量的光粒子。相比用慢和較重的電子來處理納米級光學器件的信息，光學方法優勢很明顯。

IBM和英特爾已經開發出將更高帶寬的光與傳統電子結構結合起來的超級計算機晶元。

由於研究人員設計的解決方案，最終取代電子設備的光子學設備，普渡大學領導的團隊簡化了製造過程，允許同時使用多種顏色的電子晶元，而不是一個單一的顏色一次。

研究者還討論了從電子到納米光子學的另一個問題：產生光的激光器需要更小以適合晶元。

「激光器通常是單色器件，所以激光調諧或多波長是一個挑戰，」普渡大學電氣與計算機工程系副教授Alexander Kildishev說。「此外，在納米陣列陣列在晶元上同時產生多種顏色也是一個巨大的挑戰。

這需要縮小「光學腔」，這是激光器的主要組成部分。第一次，來自Purdue、斯坦福大學和馬里蘭大學的研究人員在納米腔中嵌入了所謂的銀「超表面材料」，一種比光波更薄的人造材料，使激光器變得超薄。

光學腔在兩個反射鏡之間的激光器中捕獲光。當光子在鏡子之間反彈時，光的數量增加，使激光束的出現成為可能。」Kildishev說。「我們的納米腔將使片上激光器變得超薄和實現多色彩」。

目前，對於每個顏色激光的實現需要不同厚度的光學腔。通過在納米腔中嵌入銀表面，研究者獲得了均勻的厚度以產生所有想要的顏色。他們的發現發表在《自然通訊Nature Communications》雜誌上。

Kildishev說：「不是調整每一種顏色的光腔厚度，我們調整了元面元素的寬度來實現。」

光學元面也可以最終取代或補充電子器件中的傳統透鏡。

Kildishev說：「定義任何手機的厚度實際上是一個複雜而相當厚的透鏡堆棧。如果我們可以用一個薄的光學面來聚焦光併產生圖像，那麼我們就不需要這些透鏡，或者我們可以使用更薄的疊層。」

來源：https://phys.org/news/2018-08-ultrathin-optic-cavities-simultaneous-production.html

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