将光子集成电路芯片与超表面配对可以保持并改善光学设备中的光可控性

宾夕法尼亚州立大学，2020年8月4日-宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员将超表面集成到了光子集成电路（PIC）芯片上。该设计保持了很高的光可控性，允许PIC内部的导波驱动超表面，从而使光在不同的超表面之间传递。该架构支持在单个芯片上执行多个复杂功能。

在电气工程系助理教授倪兴杰的带领下，该团队结合了两种技术来建立用于各种光学设备的更完善的光控制。该方法利了PIC的可移植性，研究人员可以将它与一个薄的人造涂层（超表面）通过物理手段整合到一个小芯片上，该涂层可以在亚波长范围内进行光操作，这是单用集成芯片无法实现的。

该设计消除了研究人员对大型材料和结构的依赖，而大型材料和结构通常难以集成到现有系统中以实现高水平的光控制。该芯片能促进光学遥感，VR，激光雷达和其他光学技术的进步。

他说：“这项先进技术将为构建能够灵活访问自由空间的多功能PIC器件以及具有完整芯片集成功能的波导驱动的超表面铺平道路。”

（宾夕法尼亚州立电气工程与计算机科学学院电气工程助理教授倪兴杰。由宾夕法尼亚州立工程学院提供）

传统PIC在控制在空气，外太空和真空中传播的自由空间光的能力方面很受限制。通过增强相位（光）控制，新技术弥合了自由空间与受控波导之间波传播的鸿沟。 “我认为这项研究中最令人兴奋的部分是，我们结合了两种具有互补功能的强大技术-集成光子学和超表面。我们的混合系统同时具有超表面和PIC的优势。” 倪教授说。 超表面允许在自由空间的波前和单模传输之间进行双重转换。光学电路可提高功耗效率；与电子相比，光子不会产生系统不需要且必须排出的大量热量。

倪教授是宾夕法尼亚州立大学研究小组的成员，该小组去年发现了一种新型的光学超表面，它能使光仅朝一个方向反射。此前，支持单向光传输的光学设备（例如隔离器和环行器）几乎都基于磁光效应。与光学超表面不同，这些设备通常体积庞大且难以集成到现有系统中。

新设计的另一个好处是他的耐用性。

倪教授说：“我们的设计具有高度的灵活性和模块化。” “我们可以建立构件库来在各种设备或系统中重用和创建一致的功能组件。”

该研究的资金来自戈登和贝蒂·摩尔基金会，美国国家航空航天局早期职业学院奖，海军研究办公室以及宾夕法尼亚州立大学材料与研究科学工程中心。