美国俄勒冈州立大学开发出世界上最小的电光调制器

导读

近日，美国俄勒冈州立大学（OSU ）的研究人员设计并制造出了世界上最小的电光调制器。这项发明意味着数据中心和超级计算机的功耗将会大幅降低。

背景

今天的创新成果介绍与一种重要的器件相关，它就是电光调制器。说起电光调制器，我们先要了解一种物理现象：电光效应。所谓电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象。

电光调制器，就是利用某些电光晶体的电光效应制成的调制器。当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，从而引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。

下图展示了一种对于光信号相位进行调制的器件，其尺寸较大。

（图片来源：维基百科）

下图展示了一种对于光信号强度进行调制的器件，尺寸相对较小。

（图片来源：维基百科）

未来十年，电子器件发展趋势包含两个关键点：小尺寸和低功耗。满足这两个关键指标的电子器件，比较适合工业应用的需要。例如，笔者昨天介绍的新加坡国立大学（NUS）研究团队开发的新型芯片“EQSCALE”。它正好满足了这两项指标，功耗比现有最佳的芯片功耗低20倍，并有望将智能视觉系统的尺寸缩小至毫米范围。

然而，今天要介绍的电光调制器当然也不例外，恰好再一次体现并顺应了这两个关键趋势。

创新

近日，美国俄勒冈州立大学（OSU ）的研究人员设计并制造出了世界上最小的电光调制器。这项发明意味着数据中心和超级计算机的能将会大幅降低。研究论文发表于《纳米快报》（Nano Letters）杂志。

（图片来源：OSU）

这项研究是美国国防部多学科大学研究倡议奖项的一部分。Wang 是美国全国从空军科学研究办公室获取五年补助发展降低光电器件功耗技术的六位研究人员之一。

技术

电光调制器在光纤网络中扮演着非常关键的角色。就像晶体管作为电信号开关一样，电光调制器是光信号开关。光通信的信号载体是光线，光线会通过光纤发送出一连串二进制信号，而调制器可以用于打开或者关闭光线。

相对于之前最佳器件来说，这种新型调制器尺寸缩小了10倍，大小如同细菌一般（测量值是0.6微米乘0.8微米），节能却要高100倍。

材料在这项发明中起到了关键作用。为了这项发明，Wang 和他的博士生 Erwen Li 利用了俄勒冈州立大学开发的一项技术：透明导电氧化物材料。他们发明的结构使用了透明导电氧化物栅极取代典型的金属栅极，将金属氧化物半导体电容与超紧凑型的光子晶体微腔相结合。

价值

OSU 工学院电气工程系助力教授 Alan Wang 表示：“目前为止，这是我完成的最振奋人心的研究成果，不仅是由于该器件产生的影响，而且是由于设计和制造方面的挑战。”

这项设计结合了材料和器件方面的创新，改善了电子和光子之间的交互，让研究人员可以创建出更小的电光调制器。

关键字

光学器件、电光效应、光通信

参考资料

【1】http://news.nus.edu.sg/press-releases/EQSCALE-vision-processing-microchip

【2】Erwen Li, Qian Gao, Ray T. Chen, Alan X. Wang. Ultracompact Silicon-Conductive Oxide Nanocavity Modulator with 0.02 Lambda-Cubic Active Volume. Nano Letters, 2018; DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04588