實現光學信息處理系統的SLM芯片
發布時間：2012-11-21 12:17
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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�！彼c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�？斓乃俣雀淖�；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 �。▉碓矗篨u 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�！毖芯繄F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 �。▉碓矗篔eff 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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