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實現光學信息處理系統的SLM芯片

發布時間:2012-11-21 12:17    發布者:1770309616
  美國萊斯大學(Rice University)的研究人員開發出一款微米等級的空間式光調變器(spatial light modulator,SLM),號稱可將光學信息處理系統性能提升數個等級。
  萊斯大學所開發的這種“天線單芯片(antenna on a chip)”類似運用在感測與影像裝置中的組件,但不同于那些2D半導體芯片,該芯片可在3D“自由空間(free space)”運作。該校電子與資訊工程助理教授徐千帆(Qianfan Xu)表示,這種 SLM 芯片與目前的尖端技術有顯著不同。
  “利用這種組件,我們能制作出高良率的超大型數組;”徐千帆指出:“我們所開發的組件是以硅材料為基礎,可在現有商業化CMOS廠房生產,而且能以非常高的速度運作。”他與同仁已在最新的在線科學期刊《Nature》發表其研究成果;而這種天線單芯片可能不適用一般運算領域,但能應用在媲美超級計算機性能的光學處理任務上。
  在目前的計算機中,光線是被局限為2D電路,與光波導(waveguide)搭配才能由此處移動到他處;研究團隊表示,2D系統無法利用“光學的大量多任務(multiplexing)能力”,而事實上,“多重光束能在同一個空間中傳導,而且不會相互影響”。傳統的整合式光學組件是仰賴像素數組(an array of pixels),其傳輸能以非常快的速度改變;徐千帆表示:“在光束的路徑中,可以改變光從另一端出來時的強度與相位。”
  萊斯大學所開發的SLM芯片基本上是奈米級的結晶硅(crystalline silicon)肋骨狀結構,在與金屬電極連結的正/負摻雜(positively and negatively doped)硅板之間形成一個空間(共振腔)。那些"肋骨"的位置會產生奈米等級的“擾動(perturbations)”,并協調共振腔(resonating cavity)與外部的入射光線耦合。
   圖1  萊斯大學所開發的天線單芯片內部結構顯微影像
  (來源:Xu Group/Rice University)
  耦合作用會把入射光線拉進共振腔,而只有紅外線會穿透硅;但徐千帆表示,一旦光線被SLM捕獲,就能在由芯片這頭穿透至另一頭的時候被操縱,兩個電極之間的電場能以非常高速進行傳輸的開與關。
  徐千帆進一步指出,LED顯示器與投影機內的微鏡數組(micromirror arrays)都屬于SLM,其內部的鏡子會旋轉;但雖然SLM是光學系統的基本組件,其開關速度卻是受限制的,有部分可達到微秒(microsecond)等級,對顯示器與投影機來說很夠用,但如果要進行信息處理,在每個像素里放數據,那樣的速度就不太行。
  據徐千帆表示,萊斯大學所開發的組件具備以10Gbps速度調變訊號的潛力:“我們認為這將能大幅提升光學信息處理系統的性能。”研究團隊預期,這種自由空間SLM能運用在成像、顯示、全像(holographic)、量測以及遠距感測等應用領域。
 圖2  萊斯大學電子與資訊工程助理教授徐千帆(最右)與其研究團隊成員
  (來源:Jeff Fitlow/Rice University)
  (參考原文: 'Antenna-on-a-chip' speeds infrared light transmission,by Dylan McGrath)

(電子工程網)
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