Een nieuwe technologie die een betere lichtregeling mogelijk maakt zonder grote, moeilijk te integreren materialen en structuren zijn ontwikkeld door onderzoekers van Penn State. De nieuwe fotonische geïntegreerde chip kan veel vooruitgang mogelijk maken op het gebied van optisch en de industrie, variërend van verbeteringen in virtual reality-brillen tot optische teledetectie, volgens de onderzoekers.

Onder leiding van Xingjie Ni, universitair docent elektrotechniek, het onderzoek is onlangs gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang . Penn State elektrotechnische promovendi Xuexue Guo, Yimin Ding, Xi Chen en Yao Duan waren co-auteurs van het papier.

traditioneel, wetenschappers hadden twee opties als het gaat om het regelen van licht voor gebruik in verschillende optische apparaten. De eerste is een fotonisch geïntegreerd circuit (PIC) dat op kleine chips kan worden ingebouwd, maar een beperkt vermogen heeft om licht in de vrije ruimte te regelen - licht dat zich in de lucht voortplant, de ruimte of een vacuüm, in tegenstelling tot geleid worden in vezels of andere golfgeleiders. De tweede is een nieuw opkomend meta-oppervlak - een kunstmatig geconstrueerde dunne laag die lichtmanipulatie op subgolflengteschaal mogelijk maakt, maar niet op een chip kan worden geïntegreerd.

Ni en zijn collega-onderzoekers hebben dit probleem opgelost door de beste eigenschappen van de twee vorige opties op te nemen in een nieuwe, hybride fotonische architectuur met meta-oppervlakken geïntegreerd op een PIC-chip met behoud van een hoge lichtbeheersbaarheid.

"Deze integratie van de PIC's en meta-oppervlakken maakt het mogelijk om de meta-oppervlakken aan te drijven met behulp van geleide golven in de PIC's, Ni zei. "Het maakt het mogelijk om licht tussen verschillende meta-oppervlakken te routeren, het uitvoeren van meerdere complexe functies op een enkele chip."

Deze nieuwe ontwikkeling zou toepassingen kunnen hebben in optische communicatie, optische remote sensing - LiDAR - optische verbindingen in de vrije ruimte voor datacenters en virtual reality- en augmented reality-schermen.

"De ontwikkelde technologie zal spannende wegen banen voor het bouwen van multifunctionele PIC-apparaten met flexibele toegang tot vrije ruimte en begeleide, golfgedreven meta-oppervlakken met volledige integratie op de chip, ' zei Ni.

Volgens Ni, de meest intrigerende aspecten van zijn onderzoek zijn de implicaties voor toekomstige ontwikkelingen en het succes van het combineren van de beste eigenschappen van bestaande technologie.

"Ik denk dat het meest opwindende deel van het onderzoek is dat we twee krachtige technologieën hebben gecombineerd met complementaire mogelijkheden:geïntegreerde fotonica en meta-oppervlakken, " zei hij. "Ons hybride systeem heeft de voordelen van zowel de metasurfaces als de PIC's. In aanvulling, ons ontwerp is zeer flexibel en modulair. Er kan een bibliotheek van de bouwstenen worden opgezet voor hergebruik en het creëren van consistente functionele componenten voor verschillende apparaten of systemen."