史上首次!芯片上的光学纳米天线实现了高比特率传输

天线是用于接收和辐射电磁场的工具,应用十分广泛,在光学波段可以利用光学天线在纳米尺度对光进行调控。

为了实现信息的超快速传输,澳大利亚国立大学(ANU)的一个研究团队率先通过在光波导上嵌入光学纳米天线。在这里,纳米天线的金纳米棒充当馈电元件的角色,相当于无线电波中的天线;光波导则相当于无线电波中的电缆,可以接收由天线检测到的电磁波。

纳米光学天线与传统天线相比,首先在维度上是最小尺度,可以达到亚微米级。这样的纳米天线有助于在硅芯片上实现光子元件的高密度集成。澳大利亚国立大学的教授Dragomir Neshev 说:“我们所展示的这样一个亚微米级别的天线,可以在波导中对不同的信息流进行分类和分流。在用于交流连接的相干接收器中执行这样一个操作是十分重要的。”

值得注意的是,这种嵌入光学纳米天线波导的基础与八木天线有点类似,它只能在一个方向发射或者收集无线电波。基于这样一个事实,Neshev补充说:“我们设计的天线可以有效地将水平和垂直方向上的偏振进行整合”。

事实上,纳米光学天线是基于表面等离子共振的光子器件。在等离子体激元中,金属表面电子受到入射光激发,并以等离子波形式开始移动穿过金属表面。这些等离子共振波长要远小于最短的光波,从而使得器件的尺寸要比本身依赖光的器件要小。基于这样一个工作原理,光子已取代电子,并创建了光子集成电路。

但是,整个设备结构而言是仍需改进的。Neshev说:“这个结构需要使互补金属氧化物半导体(CMSO)兼容。目前使用的金属金需要用另一种金属如铝替代以与CMSO兼容”。

研究人员也表示,在此设备商业化之前,还需要更多的工程设计以提高其设备信息的传输效率。

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