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麻省理工在芯片上設(shè)計(jì)了一種雙色向光學(xué)濾波器 用光學(xué)濾波器將一個光源分成兩個獨(dú)立的輸出：一個是反射不需要的波長 - 或者顏色 – 而另一個則傳輸所需的波長。例如，需要紅外輻射的儀器將使用光學(xué)濾波器去除任何可見光，并獲得更清晰的紅外信號。 然而，現(xiàn)有的光學(xué)濾波器有折衷和缺點(diǎn)。離散（片外）“寬帶”濾波器，稱為雙向色濾光器，處理光譜的寬部分但體積很大，可能很昂貴，并且需要許多層光學(xué)涂層來反射某些波長。集成濾波器可以以很低成本大量生產(chǎn)，但是它們通常覆蓋非常窄的頻譜帶，因此必須將許多濾波器組合以有效地和選擇性地濾除光譜的較大部分。 麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了第一個片上濾波器，它基本上可以與龐大濾波器的寬帶覆蓋范圍和精度性能相匹配，但可以利用傳統(tǒng)的硅片制造方法制造。  麻省理工學(xué)院的研究人員在芯片上設(shè)計(jì)了一個光學(xué)濾波器，可以同時(shí)處理來自極寬光譜范圍的光信號，這是一種從未使用過的光學(xué)系統(tǒng)，它可以利用光來處理數(shù)據(jù)。（圖片來源：E. Salih Magden） “這種新型濾波器在其帶寬范圍內(nèi)采用極寬的波長范圍作為輸入，并有效地將其分成兩個輸出信號，無論輸入的確切寬度或波長如何。這種能力在集成光學(xué)領(lǐng)域之前并不存在�！甭槭±砉W(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系（EECS）前博士生Emir Salih Magden說道，他是今天在Nature Communications上發(fā)表描述該光學(xué)濾波器的論文的第一作者（“Transmissive silicon photonic dichroic filters with spectrally selective waveguides”）。 跟現(xiàn)任土耳其科克大學(xué)電氣工程助理教授的Magden一起的該論文的合作者還有：哈佛大學(xué)的一名研究生Nanxi Li; 還有來自麻省理工學(xué)院的研究生Manan Raval; 前研究生Christopher V. Poulton; 前博士后Alfonso Ruocco; 博士后助理Neetesh Singh; 前研究科學(xué)家Diedrik Vermeulen; EECS和物理系的Elihu Thomson教授Erich Ippen; EECS教授Leslie Kolodziejski; 和EECS的副教授Michael Watts。 指示光的流動 麻省理工學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種新穎的芯片結(jié)構(gòu)，以多種方式模擬雙向色濾光片。他們創(chuàng)建了兩個尺寸精確的和對齊的（納米級）硅波導(dǎo)截面，將不同波長的信號誘導(dǎo)到不同的輸出。 波導(dǎo)具有矩形橫截面，通常由高折射率材料的“芯”構(gòu)成 - 意味著光緩慢穿過它 - 被較低折射率的材料包圍著。當(dāng)光遇到較高和較低折射率的材料時(shí)，它往往會向較高折射率的材料反彈。因此，在波導(dǎo)中，光被捕獲并沿著芯傳輸。 麻省理工學(xué)院的研究人員使用波導(dǎo)精確地將光輸入引導(dǎo)到相應(yīng)的信號輸出。研究人員所研究的濾波器的一部分包含三個波導(dǎo)陣列，而另一部分包含一個比三個波導(dǎo)中的任何波導(dǎo)略寬的波導(dǎo)。 在對所有波導(dǎo)使用相同材料的裝置中，光傾向于沿最寬的波導(dǎo)傳播。通過調(diào)整三個波導(dǎo)陣列中的寬度和它們之間的間隙，研究人員將它們看作是一個更寬的波導(dǎo)，但僅限于波長更長的光。以納米為單位測量波長，并且調(diào)整這些波導(dǎo)度量產(chǎn)生一個“截止”，也就意味著精確的納米波長，高于該波長，光將三個波導(dǎo)的陣列作為一個波導(dǎo)。 例如，在該論文中，研究人員創(chuàng)建了一個尺寸為318納米的單個波導(dǎo)，以及三個獨(dú)立的波導(dǎo)，每個波導(dǎo)的尺寸為250納米，兩者之間的間隙為100納米。這對應(yīng)于約1,540納米的截止點(diǎn)，其處于紅外區(qū)域。當(dāng)光束進(jìn)入濾光器時(shí)，小于1,540納米的波長可以在一側(cè)檢測到一個寬波導(dǎo)，在另一側(cè)檢測到三個更窄的波導(dǎo)。那些波長沿著較寬的波導(dǎo)移動。然而，長于1,540納米的波長不能檢測三個獨(dú)立波導(dǎo)之間的空間。相反，他們檢測到比單波導(dǎo)更寬的大波導(dǎo)，因此向三個波導(dǎo)移動。 “這些長波長無法區(qū)分這些間隙，并將它們視為單個波導(dǎo)，是這個難題的一半。 另一半是設(shè)計(jì)有效的過渡，通過這些波導(dǎo)將光引導(dǎo)以致輸出，“Magden說。 |
