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“等离子体”材料可以带来超快的全光通信

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-09  浏览次数:4
核心提示:研究人员已经创造了一种新的“等离子体氧化物材料”,这种材料可以使光通信设备的速度至少比传统技术快10倍。在光通信中,激光脉

研究人员已经创造了一种新的“等离子体氧化物材料”,这种材料可以使光通信设备的速度至少比传统技术快10倍。

 

在光通信中,激光脉冲用于通过光纤传输信息,用于电话服务、因特网和有线电视。


普渡大学(Purdue University)的研究人员展示了一种由掺铝氧化锌(AZO)制成的光学材料是如何调节或改变40%反射光的,同时所需的功率比其他“全光”半导体器件要小。


博士生Nathaniel Kinsey说:“低功率是非常重要的,因为如果你想要运行得非常快——我们展示了高达太赫兹甚至更多的潜力——那么你就需要低能量耗散。”“否则,当你开始快速推它的时候,你的材料就会加热融化。”全光学意味着与传统技术不同,我们不使用任何电信号来控制系统。数据流和控制信号都是光脉冲。


能够调节光的反射量对于潜在的工业应用如数据传输是必要的。


“我们可以工程师电影提供减少或增加反射,无论需要特定的应用程序,“金赛说,处理的一个研究小组由亚历山德拉Boltasseva电气和计算机工程的副教授,纳米光子学和弗拉基米尔·m·Shalaev科学主任普渡的Birck纳米技术中心和一个杰出的电气和计算机工程教授。你可以使用反射的增加或减少来编码数据。这取决于你想做什么。反射的这种变化也导致了传输的变化。


美国光学学会(Optical Society of America) 7月份在《光学》(Optica)杂志上发表的一篇研究论文详细阐述了这一发现。


该材料已被证明在用于光通信的近红外光谱范围内工作,并且与用于构建集成电路的互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺兼容。这种技术可能会带来处理高速光通信的设备。


研究人员提出了一种“全光等离子体调制器,使用与cmos兼容的材料”或光学晶体管。


在电子学中,硅基晶体管是开关电源和放大信号的关键构件。光学晶体管在光而不是电方面可以发挥类似的作用,带来比现在更快的系统。


这篇Optica论文刊登在杂志封面上,作者是金赛、研究生克莱顿•德沃特(Clayton DeVault)和琼本•金(Jongbum Kim);苏格兰爱丁堡赫瑞瓦特大学的访问学者Marcello Ferrera;Shalaev Boltasseva。


将材料暴露在脉冲激光下,会使电子从一个被称为价带的能级移动到更高的被称为导带的能级。当电子移动到传导带时,它们会在价目表带留下“空穴”,最终电子会与这些空穴重新结合。


晶体管的开关速度受到传统半导体(如硅)完成光的吸收、激发电子、产生空穴,然后重新组合的速度的限制。


金赛说:“所以我们想要做的就是大大加快这一进程。”


在新型偶氮薄膜中,这个周期大约需要350飞秒完成,它的速度大约是晶体硅的5000倍,而且转瞬即逝,光在这段时间里只能传播100微米,大约相当于一张纸的厚度。


“我们很惊讶竟然这么快,”金赛说。


这种速度的提高可能会使设备的速度至少比传统的硅基电子设备快10倍。


这些偶氮薄膜被称为“爱扑塞隆近零”,意思是折射率接近零,这是一种通常存在于金属和新型“超材料”中的性质,这种材料含有特征、图案或元素,通过利用称为表面等离子体激元的电子云来实现前所未有的光控制。与自然材料不同,超材料能够将折射率降低到小于1或小于0。当电磁波(包括光)从一种材料传到另一种材料时发生折射。每种材料都有自己的折射率,用来描述光的强度


 
 
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