De signalen van een vuurtoren naar schepen op zee zijn een vroeg voorbeeld van optische communicatie, het gebruik van licht om informatie door te geven. Vandaag, onderzoekers op het gebied van geïntegreerde fotonica gebruiken optische communicatieprincipes om hightech-apparaten te bouwen, zoals razendsnelle computers, die gebruik maken van licht in plaats van elektriciteit.

Aan de Universiteit van Delaware, een onderzoeksteam onder leiding van Tingyi Gu, assistent-professor elektrische en computertechniek, heeft een geïntegreerd fotonicaplatform ontworpen met een eendimensionale metalens - een dunne lens die op nanoschaal kan worden ontworpen om licht op een specifieke manier te focussen - en meta-oppervlakken - kleine oppervlakken gemaakt met nanostructuren om het doorgelaten of gereflecteerde licht te manipuleren - die de verlies van informatie. Het team beschreef onlangs hun apparaat in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Het is een nieuwe manier om geïntegreerde fotonica te bereiken in vergelijking met de conventionele manier, " zei promovendus Zi Wang, de eerste auteur van het artikel.

Het team fabriceerde een minuscule metalens op een op silicium gebaseerde chip geprogrammeerd met honderden kleine luchtsleuven, waardoor parallelle optische signaalverwerking mogelijk is, allemaal binnen de kleine chip. Ze demonstreerden een hoge signaaloverdracht met minder dan één decibelverlies over een bandbreedte van 200 nanometer. Toen ze drie van hun meta-oppervlakken op elkaar stapelden, ze demonstreerden functionaliteiten van Fourier-transformatie en differentiatie - belangrijke technieken in de natuurwetenschappen die functies opsplitsen in samenstellende delen.

"Dit is het eerste artikel dat verliesarme meta-oppervlakken gebruikt op het geïntegreerde fotonicaplatform, " zei Gu. "Onze structuur is breedband en weinig verlies, wat van cruciaal belang is voor energiezuinige optische communicatie."

Bovendien, het nieuwe apparaat dat bij UD is ontwikkeld, is veel kleiner en lichter dan conventionele apparaten in zijn soort. Het vereist geen handmatige uitlijning van lenzen, het is dus robuuster en schaalbaarder in vergelijking met de traditionele opticaplatforms met vrije ruimte, die enorm veel geduld en tijd vergen om op te zetten.

Dit nieuwe apparaat zou toepassingen kunnen hebben in beeldvorming, detectie en kwantuminformatieverwerking, zoals on-chip transformatie-optiek, wiskundige bewerkingen en spectrometers. Met meer ontwikkeling, deze technologie kan ook nuttig zijn bij deep learning en neurale netwerktoepassingen in computers.

"Het is gewoon veel sneller dan conventionele constructies, " zei Gu. "Er zijn nog steeds veel technische uitdagingen als je ze actief probeert te beheersen, maar dit is een nieuw platform waarmee we beginnen en waaraan we werken."