新技术实现下一代单芯片光子互联

美国科学家制造出一种新的纳米尺度的连接设备，能将光学信号转变成沿金属表面行进的波。更为重要的是，新设备还能识别偏振光的偏振方向，并据此朝不同的方向发送信号。研究发表在4月19日出版的《科学》杂志上。

科学家们表示，最新研究提供了一种新的方式，让人们能在亚波长尺度下精确地操控光，而不会破坏可能携带有数据的信号，这为有效地从光子设备传递信息给电子设备从而实现下一代单芯片光子互联打开了大门。

该研究的合作者、哈佛大学工程和应用科学学院的研究生巴尔萨泽·穆勒说：“如果你想朝一块拥有很多元件的小芯片周围发送一个数据信号，那么，你需要能精确地控制信号的行进方向。如果你无法做到这一点，信号就有可能丢失。方向是信号能否成功传递的重要因素。”

过去，科学家们也能通过改变光射入连接设备表面的角度来控制这些波的行进方向。但就像穆勒所说的：“这实在很麻烦，光学电路很难成一条直线，因此，为了给信号设定方向而不断重新调整角度非常不实际。”

新连接设备由一层薄薄的金组成，其上布满小孔，科学家们设计的天才之处正在于这些切口形成的像鲱鱼鱼骨（箭尾形）一样的图案。该研究的主要作者、哈佛大学工程与应用科学学院的费德里科·卡帕索教授指出：“迄今为止，科学家们一直采用一系列平行的沟槽（格栅）来做这类事情，虽然它也能完成，但很多信号会丢失，而新设备上的新结构则能采用一种非常简单和优雅的方式来控制信号的行进方向。”

现在，光只需要垂直地射入即可，新设备会做其他事情。它会将入射光变成表面等离子体激元（在金属表面存在的自由振动的电子与光子相互作用产生的沿着金属表面传播的疏密波）。它也会阅读入射光波的偏振方向——直线、左旋圆极化还是右旋圆极化，然后为其安排合适的路径。新设备甚至能将一束光分成两部分并朝不同方向发送不同的部分，这就使得多通路信息传送成为可能。

新结构非常微小，每个图案单元比可见光的波长还要小，因此，科学家们认为，新结构应该很容易同平面光学等新奇技术整合。然而，卡帕索表示，新设备最有可能用于未来的高速信息网络内——纳米尺度的电子设备（目前已经出现）、光子设备和等离子体有望集成在一块微芯片上，从而实现下一代单芯片光子互联。