工程师朝着使用灯而不是电脑内的电线移动

这种微小的硅片，在Jelena Vuckovic的实验室中蚀刻了斯坦福的实验室，这是一种类似于条形码的模式，是将计算机组件与光而不是电线连接的方式一步。

使用新的算法，来自斯坦福大学的工程师开发了一种像棱镜的设备，可以将光束分成不同的颜色并以直角弯曲光线，这是最终可能导致使用光学器件的计算机，而不是电力的开发，携带数据。

他们描述了他们在科学报告中称为“光链路”的内容。

光学链接是一种微小的硅蚀刻，其与类似条形码的图案。当光束在连杆处被闪烁时，两种不同的光波长（颜色）以直角分开到输入，形成T形。这是创建一个完整的系统的重要步骤，用于将计算机组件与光线而不是电线连接。

“光可以携带比电线更多的数据，并且需要比电子传输光子的能量较少，”电气工程教授Jelena Vuckovic表示，他领导了研究。

在以前的工作中，她的团队开发出一种算法，这是两件事的算法：它自动化设计光学结构的过程，使其使它们能够创建以前难以想象的纳米级结构来控制光。

现在，她和领先作者亚历山大Piggott，电气工程博士候选人，已经采用该算法设计，构建和测试与当前光纤网络兼容的链接。

创造硅棱镜

通过将微小的条形码模式蚀刻成硅，使斯坦福结构进行蚀刻成像小规模棱镜的光波。这些团队使用对光线变化的微妙了解来设计效果，因为它通过不同的材料移动。

我们称之为光速是快速光线在真空中行进的程度。光在空气中更慢地行使一点，在水中更慢。这种速度差异是为什么一杯水中的稻草看起来脱臼。

称为折射率指数的材料属性表征速度差异。指数越高，较慢的光线将在该材料中行进。空气具有近1和水的折射率为1.3。红外光甚至更慢地穿过硅：它具有3.5的折射率。

斯坦福算法设计了一种结构，以特定方式交替硅条和空气间隙。该装置利用了这样的事实，即当光从一个媒体传递到接下来时，一些光被反射并且一些光被传输。当光线通过硅条码时，反射光以复杂的方式干扰了透射光。

该算法设计了条形码，用于使用这种微妙的干扰来直接将一个波长直接左转和不同的波长右转，全部在微小的硅芯片中长8微米。

对应于光纤网络的C波段和O波段波长的1300纳米光和1550纳米光，从上方横梁横梁。条形码样结构被重定向的C波段轻：芯片上的另一个方式和O频段亮起。

凸优化

研究人员设计了已经知道所需功能的条形码模式。由于它们想要在相反方向上布线的C波段和O波段，因此算法设计了实现它的结构。

“我们希望能够让软件设计特定尺寸的结构仅给出设备的所需输入和输出，”Vuckovic表示。

设计他们的设备，他们从凸优化，一种解决复杂问题等股票市场交易等数学方法的概念。凭借Stanford Electrictrient Engineering教授的帮助，斯蒂芬Boyd的专家凸优化专家，他们发现了如何在纳米级上自动创建新颖形状，以使光以特定方式行事。

“多年来，纳米光电学研究人员用简单的几何形状和规则形状制造了结构，”沃克诺维奇说。“您通过此算法产生的结构类似于任何人之前所做的结构。”

该算法开始使用简单的硅设计。然后，通过数百个微小的调整，它发现了用于产生所需输出光的更好更好的条形码结构。

以前的纳米光电结构设计基于常规的几何图案和设计者的直觉。Stanford算法可以在笔记本电脑上仅在15分钟内设计这种结构。

它们还使用该算法来设计各种各样的其他设备，如超紧凑的“瑞士奶酪”结构，即将光束路由到不同的输出而不是基于它们的颜色，而是基于它们的模式，即基于它们的模式看。例如，横截面中具有单个叶片的光束转到一个输出，双裂片梁（看起来像一个并排流动的河流）进入另一个输出。这种模式路由器与条形码颜色分离器同样重要，因为不同模式也用于光通信以传输信息。

该算法是密钥。它为研究人员提供了一种创建光学组件以执行特定功能的工具，并且在许多情况下，此类组件甚至没有以前存在。“没有办法分析这些类型的设备，”Piggott说。

出版物：Alexander Y. Piggott等人，“波长解复用光栅耦合器的逆设计和实施”，科学报告4，物品编号：7210; DOI：10.1038 / SREP07210

图像：沃克诺维奇实验室