美国研发基于GaAs的压光机电路 可转换光学波、声学波和电磁波的信号

美国国家标准与技术研究所（NIST）的工作人员在已经开发了一个基于GaAs的“压光机”电路，可转换光学波、声学波和电磁波的信号。该团队认为基于该设计的系统可用于下一代计算机移动和存储信息。 tlER
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这项工作发表于《自然光学》期刊上，并于3月在巴尔的摩举行的美国物理学会会议上发表。 B%@!\D#  
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虽然穆尔定律已经证明是机具弹性，工程师们很快会遇到了基本限制。由于晶体管的收缩、散热和其他因素将很快对电路产生较大的影响，研究人员正在考虑能在电子元件接口与其他物理系统的界面进行信息传输的设计，如光和声音。 w)eQ'6Vu  
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如果研究人员可以开发出一种有效的方式将信号从一种类型转换到另一种类型，将这些不同类型的物理系统连接在一起便可以避免组件依赖于一种信息载体的问题。 (A'q@-XQ  
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例如，光能够携带大量的信息，通常不会与环境发生非常强烈作用，所以它会像电一样加热元件。但光线很难长时间储存，因此不能直接与一些组件，如电路，进行交互。另一方面，声波设备已经在无线通信技术中使用，声音更容易存储在结构紧凑的结构中，因为它移动的速度慢得多。 qX'a&~s)n  
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NIST的研究人员及合作者在关键部位建立了一个压电光学电路，能够支持光学谐振腔腔局部将1550nm光子和2.4GHz声子结合成光子和声子波导。他们说，在GaAs上易于操纵这种局部力学模式，无论是通过压电效应的RF场（产生的声波被路由通过声子晶体波导耦合到光学腔）还是光学场。
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每个光学腔由微小的GaAs杆上的空气孔阵列组成。这些小孔像镜子一样反射光。同时，纳米孔束将声子（机械振动）限制在千兆赫频率。光子和声子交换能量，通过光束的振动影响空腔内部光子的积累，而内部空腔的光子又积累影响机械振动的大小。这种相互作用或耦合的强度是所报道的光机系统中最大的一个。 N
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研究者的其中一个主要创新来自将这些空腔与声学波导结合。通过将声子导入到光学机械装置，该研究组能够直接操纵纳米束的运动。由于能量交换，声子可以改变困在设备中的光子的性质。 7=.VqC^  
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他们使用的压电材料来产生千兆赫频率的声波，当电场被施加到该材料时，材料发生变形，反之亦然。通过采用叉指换能器（IDT）增强压电效应，研究组能够在射频电磁波和声波之间建立一种链接。强大的光机链接使他们能够从一小部分光子的水平上对这种约束相干声波能量进行光学检测。 I*t)x,~3  
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通过使电生声子和光生声子相互对抗，研究人员还在声波中观察到可控的干扰效应。根据这篇论文的作者之一卡尔蒂克·斯里尼瓦桑，该器件可使人们详细研究这些可通过声子进行修改的声子电路的相互作用和发展。 _O;~ }N4u  
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“未来的信息处理系统可能需要包含其他的信息载体，如光子和声子，以最佳的方式执行不同的任务。”NIST纳米科学与技术中心的物理学家斯里尼瓦桑说。“这项工作为不同信息载体之间的信息转换提供了一个平台。”