美国发明出宽带宽、小体积的波导模式转换器

美国哥伦比亚大学研究人员发明了一种通过使用纳米天线来控制在光在波导中高效传播模式的方法。为了演示这种技术，他们构建了光子集成器件。该器件不仅具有创纪录的小尺寸，而且还能够在前所未有的广泛波长范围内保持最佳性能。

该光子集成电路可以通过多个模式，即模分复用（MDM）技术引导数据来提升波导数据速率，而不仅仅是单个模式。因此，操纵模式的能力变得非常重要。在此引入模式转换器。

沿波导传播的光波的光功率被限制在波导的核心内，研究人员只能通过波导表面附近存在的小的渐逝“尾迹”探寻导波。这些引导波特别难以操纵，因此光子集成器件的尺寸往往较大，从而限制芯片的器件集成密度。

哥伦比亚大学的研究小组发现，在波导管中控制光最有效的方法是用光学纳米天线来“装饰”波导。该纳米天线将光从波导芯内部拉出，修改光的性质，再将光释放回波导。密集堆叠的纳米天线阵列的累积效应非常强，可以在不超过两倍波长的传播距离内实现波导模式转换等功能。

哥伦比亚大学教授，研究人员Nanfang Yu说：“考虑到实现波导模式转换的常规方法需要长达数百倍波长的器件，这是一个突破。我们已经能够将设备的尺寸减小10到100倍。”

Yu计划接下来将可调谐光学材料纳入光子集成器件，以实现对波导中传播的光的主动控制。这些有源装置将是增强现实护目镜的基本构件，首先确定佩戴者的眼睛像差，然后将像差校正图像投影到眼睛中，他和他的哥伦比亚工程部的同事Michal Lipson，Alex Gaeta，Demetri Basov吉姆·霍恩和哈里斯·克里希纳斯瓦米正在努力。Yu还在探索将波导中传播的波转换成强表面波，最终可用于片上化学和生物传感。