Разработан бесшовный фотонный интерфейс «чип — окружающая среда»

Передача информации в нашей Вселенной — от астрономических до атомных масштабов — происходит в основном с помощью фотонов. Хотя большая часть наших цифровых данных передается по фотонным волноводам, гораздо больший объем данных передается фотонным способом в свободном пространстве. Эффективный фотонный интерфейс «чип — окружающая среда», то есть возможность переключаться между временными режимами интегрированного электрооптического процессора и пространственными режимами свободного пространства, открывает путь к дисплеям с более высоким разрешением, лидарным системам меньшего размера, более точным 3D-принтерам и квантовым компьютерам большего размера.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый класс фотонных устройств, которые позволяют точно и масштабируемо передавать свет с чипа в свободное пространство.

В их чипе используется множество микроскопических структур, которые закручиваются вверх, напоминая крошечные светящиеся трамплины для прыжков на лыжах. Исследователи могут точно контролировать излучение света тысячами этих крошечных структур одновременно. С помощью этой новой платформы они проецировали детализированные полноцветные изображения размером примерно в половину крупинки поваренной соли. При таком использовании технология может помочь в разработке легких очков дополненной реальности или компактных дисплеев.

Ученые  также продемонстрировали, как с помощью фотонных «трамплинов» можно точно управлять квантовыми битами, или кубитами, в системе квантовых вычислений.

Чтобы создать масштабируемую платформу, исследователи разработали новую технологию производства. Их метод позволяет изготавливать фотонные чипы с крошечными структурами, которые изгибаются вверх от поверхности чипа, чтобы направлять  лучи в свободное пространство.

Исследователи создали эти крошечные фотонные «трамплины» , соорудив двухслойные конструкции из двух разных материалов. При охлаждении после высоких температур, при которых они были изготовлены, каждый материал расширяется по-своему. Исследователи создали структуры со специальными узорами в каждом слое, благодаря которым при изменении температуры разница в деформации материалов приводит к тому, что при охлаждении вся конструкция изгибается вверх.

Это тот же принцип, что и в старомодном термостате, в котором используется спираль из двух металлических материалов, которые скручиваются и раскручиваются в зависимости от температуры в помещении, запуская систему отопления, вентиляции и кондиционирования. «Оба этих материала, нитрид кремния и нитрид алюминия, разрабатывались как отдельные технологии. Их объединение стало настоящим прорывом в производстве  фотонных трамплинов, — говорит Генри Вен, научный сотрудник Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института, На чипе соединенные волноводы направляют свет на конструкции трамплина. Исследователи используют ряд модуляторов для быстрого и точного управления включением и выключением света, что позволяет им проецировать свет с чипа и перемещать его в свободном пространстве.