Menggunakan kombinasi dari alat-alat baru dan transformasi optik, insinyur di Penn State University telah mengembangkan desain untuk perangkat optik miniatur yang dapat digunakan dalam chip berbasis sirkuit terpadu optik, setara dengan sirkuit elektronik terpadu yang membuat komputer mungkin dan sel ponsel.
Bisa mengontrol cahaya pada microchip, dalam jangka pendek, meningkatkan komunikasi optik dan memungkinkan penginderaan dari setiap substansi yang berinteraksi dengan gelombang elektromagnetik. Dalam jangka menengah, sirkuit terpadu optik untuk sistem pencitraan inframerah yang layak. Lebih lanjut di jalan terletak berkecepatan tinggi semua-optik komputasi. Jalan ke depan membutuhkan beberapa tikungan pada persamaan terkenal, dan pembangunan struktur yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya.
Lengkungan cahaya alami saat melintasi dari satu materi ke yang lain, fenomena yang disebut refraksi yang dapat dilihat tampaknya membungkuk dalam air. Illusions, seperti fatamorgana di padang pasir atau shimmer air di jalan depan pada hari yang panas, yang disebabkan oleh perbedaan dalam indeks bias lapisan udara hangat dan dingin. Bidang baru optik transformasi (TO) menggunakan fenomena cahaya-bending dengan cara ketat matematika dengan menerapkan 150-tahun persamaan Maxwell menjelaskan propagasi cahaya ke struktur yang dikenal sebagai metamaterials, konstruksi buatan dengan indeks bias yang dirancang khusus. Aplikasi yang paling terkenal dari metamaterials adalah cloaking perangkat dan lensa yang sempurna, tetapi mereka hanyalah puncak dari sebuah gunung es.
Dalam sebuah makalah di jurnal online baru, Cahaya, Sains dan Aplikasi, diterbitkan oleh Nature Publishing Group, Douglas Werner, profesor teknik elektro, dan pasca-doc nya Qi Wu dan Ph.D. mahasiswa Yeremia Turpin menyajikan sebuah teori terpadu untuk merancang perangkat praktis pada platform tunggal dengan menggunakan transformasi optik. "Bidang (transformasi optik) adalah dalam tahap awal, jadi ada banyak kontribusi yang akan dibuat," kata Werner. "Kontribusi besar kami adalah mencari tahu bagaimana mengembangkan TO desain dengan parameter bahan sederhana tanpa mempengaruhi kinerja, dan menghubungkan perangkat bersama-sama untuk membentuk sistem on-chip fotonik terintegrasi."
Di antara mereka adalah desain kolimator ringan, yang mengambil cahaya dari sumber dan fokus ke satu atau lebih terfokus berkas, skrup Waveguide, yang menghubungkan waveguides ukuran yang berbeda, untuk splitter, yang membagi daya dari Waveguide masukan untuk dua atau lebih waveguides output, Waveguide penyeberangan, yang rute cahaya dalam ruang kompak tanpa kehilangan atau crosstalk, dan TO benders, yang menyalakan lampu di sudut-sudut tanpa kehilangan. Perangkat ini hanya lima sampai sepuluh mikron dalam ukuran, dan karena itu banyak dari mereka bisa muat pada chip berukuran sentimeter.
Transformasi optik perangkat yang melakukan beragam, fungsi sederhana dapat diintegrasikan bersama-sama untuk membangun sistem fotonik kompleks untuk komunikasi optik, pencitraan, komputasi, dan merasakan, kata para penulis. The, lancar-TO pendekatan adalah untuk merancang setiap perangkat menggunakan metode yang berbeda dan bahan-bahan yang mungkin tidak kompatibel pada platform tunggal. Teknik Kelompok Werner, di sisi lain, mempekerjakan dinilai struktur indeks metamaterial, seperti lubang udara bermotif atau batang, pada platform silikon-on-insulator yang dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam on-chip sistem fotonik, menyediakan bandwidth yang luas dan kerugian yang rendah.
Dalam rangka menjaga desain mereka didasarkan pada kenyataan, kelompok bekerja sama dengan nanofabricators di Laboratorium Nanofabrication Penn State yang mereka mengembangkan pendekatan baru untuk menerapkan desain kelompok Werner. Semua desain dijelaskan dalam makalah dapat realistis dibangun dengan proses fab saat ini, kata Werner. "Ini seperti alat CAD," ia menjelaskan, mengutip alat desain dibantu komputer yang digunakan dalam manufaktur. "Kami telah mengembangkan optik simulasi transformasi disesuaikan dan alat optimasi untuk merancang perangkat optik Selain itu,." Ia melanjutkan, "TO cukup fleksibel sehingga membuka kemungkinan untuk menciptakan segala macam perangkat baru yang saat ini tidak ada."
Dukungan parsial untuk pekerjaan ini disediakan oleh MRSEC NSF.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar