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开关控制纳米级的光线 以便更快地处理信息

2019-03-09 17:08:55来源:

普渡大学的研究人员帮助设计了一种紧凑型开关,可以将光线更可靠地限制在小型计算机芯片组件中,从而加快信息处理速度。

众所周知,光子或光单元比电子更快,因此可以更小的芯片结构更快地处理信息。与苏黎世联邦理工学院,华盛顿大学和弗吉尼亚联邦大学的研究人员合作设计的开关绕过了在使用所谓的表面等离子体或光与自由电子云的振荡耦合时不必要的光吸收的倾向,以帮助限制光线到纳米尺度。

“这背后的重要思想是从电子电路到光子电路,”普渡大学的Bob和Anne Burnett电气和计算机工程杰出教授Vladimir Shalaev说。“从电子学到光子学,你需要一些将光限制在非常小的区域的结构。等离子体似乎是解决方案。”

即使等离子体减小了光,光子也会丢失或吸收,而不是在与等离子体相互作用时转移到计算机芯片的其他部分。

研究人员通过开发称为环形调制器的开关来解决这个问题,该开关使用共振来控制光线是否与等离子体耦合。当接通或不谐振时,光通过硅波导传播到芯片的其他部分。当关闭或共振时,光与等离子体耦合并被吸收。

普渡大学电气和计算机工程学院的研究生助理Soham Saha说:“当你拥有纯粹的等离子体装置时,光可能是有损的,但在这种情况下,它对我们来说是一种收获,因为它会在必要时减少信号。” “我们的想法是选择何时需要损失,何时不需要。”

损耗在开启和关闭状态之间产生对比,因此在适合处理信息位的情况下更好地控制光的方向。Shalaev说,等离子体激元辅助环形调制器也会产生更小的“足迹”,因为等离子体能够将光限制在纳米级芯片结构之下。

普渡大学的研究人员计划使这种调制器与互补金属氧化物半导体晶体管完全兼容,为真正用于计算机芯片的混合光子和电子纳米电路铺平了道路。

“超级计算机已经包含电子和光学组件,可以非常快速地进行大规模计算,”普渡大学电子和计算机工程教授亚历山德拉·博尔塔塞娃说,他的实验室专门研究等离子体材料。“我们所做的工作非常适合这种混合模式,所以当计算机芯片全光学时,我们不必等待它使用它。”

等离子体辅助电光调制器的开发不仅需要等离子体技术的专业知识,还需要来自ETHZürich的Juerg Leuthold领先集团的集成电路和纳米光子学 - 包括Christian Haffner和其他集团成员 - 以及光电开关材料来自华盛顿大学的拉里道尔顿小组。Haffner和Nathaniel Kinsey,普渡大学的学生,现在是弗吉尼亚联邦大学的电子和计算机工程教授,以及Leuthold,Shalaev和Boltasseva,构思了用于亚波长光学设备的低损耗等离子体辅助电光调制器的想法,包括紧凑的片上传感和通信技术。