海洋中，從燈塔到船只的信號，是光通信（用光傳輸信息）的早期范例之一。如今，集成光子器件領域的研究人員正用光通信原理構建高科技設備，例如像閃電一樣快速的計算機，它用光取代電。
近日，美國特拉華大學電氣與計算機工程系助理教授 Tingyi Gu 領導的科研團隊設計出一款集成光子器件平臺。該平臺擁有一維超透鏡和超表面，可以限制信息的損耗。近日，團隊在《自然·通信（Nature Communications）》期刊上描述了他們的設備。

超透鏡是一種超薄透鏡，可以在納米尺度進行設計，并以特定的方式聚焦光線。

超表面是一種由納米結構組成的微型表面，可以操控傳輸的光線或者反射的光線。

這篇論文的第一作者、博士生 Zi Wang 表示：“相比于傳統方法，這是一種實現集成光子器件的新方法。”

技術

團隊制造出一款位于硅基芯片上的微型超透鏡，它通過數百個微型空氣槽進行編程，使得并行化的光學信號處理完全在微型芯片中實現。

他們演示了跨越200納米帶寬低于1分貝損耗的高信號傳輸。當將三個超表面放在一起時，他們演示了傅立葉變換與微分的功能。這項技術在物理學中非常重要，它將函數分解為組成部分。

價值

Gu 表示：“這是在集成光子器件平臺上采用低損耗超表面的首篇論文。我們的結構是寬頻帶且低損耗的，這對于高能效的光通信來說非常關鍵。”

更重要的是，在特拉華大學開發的這個新型設備比這種類型的傳統設備要更小且更輕。它無需手工對齊透鏡，所以比需要極大耐心和許多時間來安裝的傳統自由空間光學平臺更加結實且可擴展。

這個新型設備的應用領域包括成像、感知和量子信息處理，例如片上轉換光學、數學操作和光譜儀。通過更多的開發，這項技術也可以應用于計算機技術領域的深度學習和神經網絡。

Gu 表示：“它比傳統的結構快得多。當你嘗試主動控制它們的時候，會遇到許多技術挑戰，但這是我們開始研究的一個新平臺。”