用于未来汽车和量子计算机的超快速电光机械开关

一种包括电光机械开关的光网络：根据电压，开关要么将光束偏转90度（前左），或者使其通过波导（正面右侧）。

在许多技术应用中，切换光束很快很重要。Eth的研究人员现在开发了一种用于光束的“电气 - 机械”开关，其光束比当前模型相当较小且更快。这与自动驾驶汽车和光学量子技术等应用相关。

近年来，自动驾驶汽车变得越来越可靠。然而，在允许在不久的将来在我们的道路上完全自主地行驶之前，必须采取一些障碍。最重要的是，需要在闪电速度下评估周围环境并识别人员和障碍物的限制。由Jürgleuthold在Eth苏黎世的电磁场研究所领导的科学家团队与美国国家标准和技术研究所（NIST）和哥德堡（瑞典）和Chalmers University的同事一起开发了一部小说电光机械开关可能能够在未来优雅解决这两个问题。

血浆作为魔法成分

为了实现这一目标，研究人员使用了一种称为“血浆”的神奇成分。在这项技术中，光波被挤压成小于光的波长的结构 - 根据光学规律，这应该是不可能的。然而，通过沿着金属和电介质之间的边界引导光可以使光 - 诸如空气或玻璃的物质，尤其是难以传导电流。

光的电磁波部分穿透金属并使电子在其内部振荡，从而导致由光波和电子激发制成的混合生物 - 等离子体。十多年前，一些知名物理学家已经预测，基于等离子体的光学开关可能导致数据传输和数据处理中的革命，因为两者都可以比传统电子产品更快地完成。

然而，到目前为止，实际的商业应用失败，因为在通过等离子体器件运输光子时遇到的大损失，并且由于所需的高开关电压。

利用血浆的优点

“我们现在已经通过利用良好的等离子体的性质来解决这些问题，同时最大限度地减少了糟糕的属性”，这是第一个项目的Postdoc Christian Haffner表示，也是最近发表的科学论文的第一作者。由Haffner和他的同事开发的电光机械开关的中心特征是仅厚度40纳米的金膜，并且由氧化铝盘与硅衬底分离。

在这种配置中，可以通过机械力来控制金膜和基板之间的间隙的尺寸。当施加电压时，膜稍微弯曲，结果，间隙变小。

反过来，间隙的尺寸决定了光波是否通过金膜通过或围绕它偏转。这是等离子体进入的地方。事实上，对于只有特定波长的间隙的一定宽度，可以在金膜上激发具有特定波长的等级。如果光具有不同的波长，则它不能耦合到膜，但简单地在硅波导内的直线传播。

小损耗和开关电压

“因为我们仅在开关膜周围使用短途旅行的等级，我们的损耗大于电流电光开关的损耗”，哈夫纳解释说。“此外，我们制作了非常小而薄的金膜，使我们能够非常快速地切换和小电压。”

科学家们已经证明，他们的新开关可以每秒每秒轻弹，电压小于多于一伏的电压。这使得庞大和功率饥饿的放大器通常用于电光开关多余。在未来，科学家们计划通过使黄金与硅之间的差距更小，进一步改善他们的开关。这将使可以显着降低光损耗和开关电压。

汽车从汽车到量子技术

新交换机的可能应用很丰富。例如，用于自动驾驶汽车的LIDAR系统（“光检测和测距”），其中光束传播的强度和方向需要极快地变化，可以从快速和紧凑的开关中受益。

而且，转向汽车所需的图案识别也可以通过这种开关加速。为此，开关可用于模拟人脑的光学神经网络中。在那里，他们将被用作加权元素，网络“学习”识别某些物体实际上以光速识别。

这种电路的光学实现通常与电流一起工作也是其他区域的热门话题。例如，光学量子电路也被密集地研究了量子技术的实现（在最近在Eth的新硕士学位课程课程课程课程课程课程中教授）。到目前为止，光学量子电路已被经典光学开关支持。这些开关通常基于喷选时材料的折射率的变化，这改变了光束弯曲的程度。

然而，这是一种缓慢的过程，并且在长期的情况下，与诸如量子计算机的量子位或“Qubits”的其他量子元素（对应于表示“0”和“的经典比特）的低温而不兼容1“）通常工作。因此，实际上不会加热的快速开关也应该是对此类应用的欢迎添加。

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参考：Haffner C，Joerg A，Doderer M，Mayor F，Chelladurai D，Fedoryshyn Y，Roman Ci，Mazur M，Burla M，Lezec Hj，Aksyuk VA，Leuthold J：纳米光电机在CMOS级电压下操作。科学，2019年11月15日，卷。 366，问题6467，pp。860-864.doi：
10.1126 / science.aay8645.