“模分復用”技術：有望破解光集成電路尺寸難題

據美國電氣與電子工程師協會（IEEE）網站近日報道，哥倫比亞大學研究人員研制出迄今最小光學集成電路，其能在很寬的波長范圍內表現出高性能水平，有望徹底改變光通信和光信號處理等關鍵技術。該突破性成果發表在近日出版的《自然·納米技術》雜志上。

將光集成電路縮小到現有計算機芯片中集成電路的尺寸，是科學界一直試圖攻克的難題，但他們始終無法將各種波長的光壓縮在一起。而哥倫比亞大學研發的光集成電路，是一種波導模式轉換裝置，其內“模分復用”技術能在芯片上加入更多的光通信通道。“效果就像大橋上突然增加了幾倍的交通容量，或足球場能神奇地容納多支球隊同時訓練。”論文共同作者、哥倫比亞大學副教授於南方（音譯）說。

新模式轉換器首次將集成電路尺寸縮小到光波長的1.7倍，而之前同類裝置都是光波長的幾倍到幾百倍，並且它能在很寬的波長范圍內將輸入波導模式轉變成輸出波導模式。

取得這些前所未有性能的關鍵是，研究人員將一種超表面結構集成到了光學波導上。超表面結構是一類厚度小於波長的二維超薄材料，可實現對光傳播模式的靈活有效調控。這次所用的超表面結構由許多納米天線按亞波長間隔排列而成，能吸收波導最裡面的光，調節吸收光的性能后再將其返回波導中。由於納米天線排列緊密，從而可在不到兩倍波長的距離內實現波導模式轉換。

於南方表示，他們計劃進一步改進模分復用系統，同時使用更加靈活的光學材料，以更有效地調控波導內光的傳播。（記者 聶翠蓉）