无反向散射损失的弯曲拐角弯曲

杜克大学的工程师展示了一种设备，可以引导光子绕过锐角，几乎没有反向散射造成的损失。这是一个关键的性能，如果电子设备被光学设备所取代，这将是必需的。

这一结果是由基于拓扑绝缘体概念的光子晶体实现的。这种材料获得了2016年发现者的诺贝尔奖。通过仔细控制晶格的几何形状，研究人员可以防止光穿过其内部，同时沿着其表面完美地传输。

通过这些概念，虽然该设备比以前的设计小得多，但该设备在拐角处实现了近乎完美的透射率。

半导体行业协会估计，电子设备的数量增长如此之快，以至于到2040年，将没有足够的电力来运行它们。一个可能的解决方案是转向无质量光子来取代目前用于传输数据的电子。除了节能之外，光子系统有望更快、带宽更高。

光子已经在一些应用中使用，例如片上光子通信。然而，当前技术的缺点是该系统不能有效地旋转或弯曲光。然而，光子要想永远取代微芯片中的电子，就必须在微观空间的角落里穿行。

杜克大学电气和计算机工程博士后Wiktor Walasik说：“设备越小越好，但当然我们也试图将损失降至最低。”“有许多人致力于使全光计算系统成为可能。我们还没有，但我认为这是我们的目标。”

之前的演示也显示了在拐角处引导光子时的轻微损失，但新的杜克研究是在一个长35微米、宽5.5微米的矩形设备上进行的——比之前演示的基于环形谐振器的设备小100倍。

在11月12日在线发表在《自然纳米技术》杂志上的新研究中，研究人员使用电子束光刻技术制作拓扑绝缘体，并通过一系列急转弯测量透光率。结果显示，每转一次只会导致百分之几的损失。

杜克大学电子和计算机工程教授Natasha Litchinitser说：“在传统光子晶体的尖角周围引导光是可能的，但只能通过为特定参数设置的长期艰苦过程。”“如果你在生产过程中犯了最小的错误，就会失去很多你想要优化的属性。”

“但我们的设备无论其光子路径的大小或几何形状都将工作，光子传输受到拓扑结构的保护，”Litchinitser实验室的博士生、论文的第一作者米哈伊尔沙拉耶夫(Mikhail Schmidt)补充道。“这意味着即使光子晶体结构有微小缺陷，波导仍然可以很好地工作。它对制造误差不太敏感。”

研究人员指出，他们的设备还具有较大的工作带宽，与现代半导体制造技术兼容，适合目前用于电信的波长。

接下来，研究人员试图使其波导动态可调，以改变其工作带宽。这将允许波导随意打开和关闭——全光光子技术的另一个重要特征成为现实。

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