新型光子器件问世：有利于实现高能效的光通信

海洋中，从灯塔到船只的信号，是光通信（用光传输信息）的早期范例之一。如今，集成光子器件领域的研究人员正用光通信原理构建高科技设备，例如像闪电一样快速的计算机，它用光取代电。
近日，美国特拉华大学电气与计算机工程系助理教授 Tingyi Gu 领导的科研团队设计出一款集成光子器件平台。该平台拥有一维超透镜和超表面，可以限制信息的损耗。近日，团队在《自然·通信（Nature Communications）》期刊上描述了他们的设备。

超透镜是一种超薄透镜，可以在纳米尺度进行设计，并以特定的方式聚焦光线。

超表面是一种由纳米结构组成的微型表面，可以操控传输的光线或者反射的光线。

这篇论文的第一作者、博士生 Zi Wang 表示：“相比于传统方法，这是一种实现集成光子器件的新方法。”

技术

团队制造出一款位于硅基芯片上的微型超透镜，它通过数百个微型空气槽进行编程，使得并行化的光学信号处理完全在微型芯片中实现。

他们演示了跨越200纳米带宽低于1分贝损耗的高信号传输。当将三个超表面放在一起时，他们演示了傅立叶变换与微分的功能。这项技术在物理学中非常重要，它将函数分解为组成部分。

价值

Gu 表示：“这是在集成光子器件平台上采用低损耗超表面的首篇论文。我们的结构是宽频带且低损耗的，这对于高能效的光通信来说非常关键。”

更重要的是，在特拉华大学开发的这个新型设备比这种类型的传统设备要更小且更轻。它无需手工对齐透镜，所以比需要极大耐心和许多时间来安装的传统自由空间光学平台更加结实且可扩展。

这个新型设备的应用领域包括成像、感知和量子信息处理，例如片上转换光学、数学操作和光谱仪。通过更多的开发，这项技术也可以应用于计算机技术领域的深度学习和神经网络。

Gu 表示：“它比传统的结构快得多。当你尝试主动控制它们的时候，会遇到许多技术挑战，但这是我们开始研究的一个新平台。”