Signalerna från en fyr till fartyg till sjöss är ett tidigt exempel på optisk kommunikation, användning av ljus för att överföra information. I dag, forskare inom integrerad fotonik använder principer för optisk kommunikation för att bygga högteknologiska enheter, som blixtsnabba datorer, som använder ljus istället för elektricitet.

Vid University of Delaware, ett forskargrupp som leds av Tingyi Gu, biträdande professor i el- och datateknik, har designat en integrerad fotonikplattform med endimensionella metaller-en tunn lins som kan utformas i nanoskala för att fokusera ljus på ett specifikt sätt-och metasytor-små ytor gjorda med nanostrukturer för att manipulera det överförda eller reflekterade ljuset-som begränsar förlust av information. Teamet beskrev nyligen sin enhet i journalen Naturkommunikation .

"Det är ett nytt sätt att uppnå integrerad fotonik jämfört med det konventionella sättet, "sa doktoranden Zi Wang, tidningens första författare.

Teamet tillverkade en liten metall på ett kiselbaserat chip programmerat med hundratals små luftluckor, möjliggör parallell optisk signalbehandling allt inom det lilla chipet. De visade hög signalöverföring med mindre än en decibelförlust över en 200-nanometer bandbredd. När de lagrade ihop tre av sina metasytor, de demonstrerade funktionaliteter för Fouriers transformation och differentiering - viktiga tekniker inom de fysiska vetenskaperna som bryter ner funktioner i ingående delar.

"Detta är det första papperet som använder metasytor med låg förlust på den integrerade fotonikplattformen, "sa Gu." Vår struktur är bredband och låg förlust, vilket är avgörande för energieffektiv optisk kommunikation. "

Vad mer, den nya enheten som utvecklats vid UD är mycket mindre och lättare än konventionella enheter av sitt slag. Det kräver inte manuell justering av linser, så den är mer robust och skalbar jämfört med de traditionella lediga optikplattformarna, som kräver enormt tålamod och tid att sätta upp.

Denna nya enhet kan ha applikationer för bildbehandling, avkänning och kvantinformationsbehandling, till exempel transformationsoptik på chip, matematiska operationer och spektrometrar. Med mer utveckling, denna teknik kan också vara användbar för djupinlärning och neurala nätverksapplikationer inom datorer.

"Det är bara mycket snabbare än konventionella strukturer, "sa Gu." Det finns fortfarande många tekniska utmaningar när du försöker aktivt kontrollera dem, men det här är en ny plattform vi börjar med och arbetar med. "