海洋中，從燈塔到船只的信號，是光通信（用光傳輸信息）的早期范例之一。如今，集成光子器件領域的研究人員正用光通信原理構建高科技設備，例如像閃電一樣快速的計算機，它用光取代電。
近日，美國特拉華大學電氣與計算機工程系助理教授 Tingyi Gu 領導的科研團隊設計出一款集成光子器件平臺。該平臺擁有一維超透鏡和超表面，可以限制信息的損耗。近日，團隊在《自然·通信（Nature Communications）》期刊上描述了他們的設備。

超透鏡是一種超薄透鏡，可以在納米尺度進行設計，并以特定的方式聚焦光線。

超表面是一種由納米結構組成的微型表面，可以操控傳輸?shù)墓饩€或者反射的光線。

這篇論文的第一作者、博士生 Zi Wang 表示：“相比于傳統(tǒng)方法，這是一種實現(xiàn)集成光子器件的新方法?！?br />

技術

團隊制造出一款位于硅基芯片上的微型超透鏡，它通過數(shù)百個微型空氣槽進行編程，使得并行化的光學信號處理完全在微型芯片中實現(xiàn)。

他們演示了跨越200納米帶寬低于1分貝損耗的高信號傳輸。當將三個超表面放在一起時，他們演示了傅立葉變換與微分的功能。這項技術在物理學中非常重要，它將函數(shù)分解為組成部分。

價值

Gu 表示：“這是在集成光子器件平臺上采用低損耗超表面的首篇論文。我們的結構是寬頻帶且低損耗的，這對于高能效的光通信來說非常關鍵。”

更重要的是，在特拉華大學開發(fā)的這個新型設備比這種類型的傳統(tǒng)設備要更小且更輕。它無需手工對齊透鏡，所以比需要極大耐心和許多時間來安裝的傳統(tǒng)自由空間光學平臺更加結實且可擴展。

這個新型設備的應用領域包括成像、感知和量子信息處理，例如片上轉換光學、數(shù)學操作和光譜儀。通過更多的開發(fā)，這項技術也可以應用于計算機技術領域的深度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡。

Gu 表示：“它比傳統(tǒng)的結構快得多。當你嘗試主動控制它們的時候，會遇到許多技術挑戰(zhàn)，但這是我們開始研究的一個新平臺。”