Uma nova tecnologia que pode permitir um melhor controle de luz sem exigir grandes, materiais e estruturas de difícil integração foram desenvolvidos por pesquisadores da Penn State. O novo chip fotônico integrado pode permitir muitos avanços no campo óptico e na indústria, variando de melhorias em óculos de realidade virtual a sensoriamento remoto óptico, de acordo com os pesquisadores.

Liderado por Xingjie Ni, professor assistente de engenharia elétrica, a pesquisa foi publicada recentemente em Avanços da Ciência . Candidatos ao doutorado em engenharia elétrica da Penn State Xuexue Guo, Yimin Ding, Xi Chen e Yao Duan foram co-autores do artigo.

Tradicionalmente, os cientistas tiveram duas opções quando se trata de controlar a luz para uso em vários dispositivos ópticos. O primeiro é um circuito integrado fotônico (PIC) que pode ser incorporado em pequenos chips, mas tem capacidade limitada de controlar a luz do espaço livre - a luz se propagando no ar, espaço sideral ou vácuo, em oposição a ser guiado em fibras ou outros guias de ondas. A segunda é uma metassuperfície recém-emergente - uma camada fina artificialmente projetada que permite a manipulação de luz em escala de comprimento de onda, mas não pode ser integrada em um chip.

Ni e seus colegas pesquisadores resolveram esse problema incorporando as melhores qualidades das duas opções anteriores em um novo, arquitetura fotônica híbrida que possui metassuperfícies integradas a um chip PIC, mantendo a alta controlabilidade da luz.

“Esta incorporação dos PICs e metassuperfícies torna possível dirigir as metassuperfícies usando ondas guiadas dentro dos PICs, "Ni disse." Isso permite o roteamento de luz entre diferentes metassuperfícies, realizando múltiplas funções complexas em um único chip. "

Este novo desenvolvimento pode ter aplicações em comunicações ópticas, sensoriamento remoto óptico - LiDAR - interconexões ópticas de espaço livre para data centers e telas de realidade virtual e de realidade aumentada.

"A tecnologia desenvolvida abrirá caminhos empolgantes para a construção de dispositivos PIC multifuncionais com acesso flexível ao espaço livre e guiado, metassuperfícies impulsionadas por ondas com capacidade total de integração no chip, "Ni disse.

De acordo com Ni, os aspectos mais intrigantes de sua pesquisa são as implicações para desenvolvimentos futuros e o sucesso de combinar as melhores características da tecnologia existente.

"Acho que a parte mais empolgante da pesquisa é que casamos duas tecnologias poderosas com capacidades complementares - fotônica integrada e metassuperfícies, "disse ele." Nosso sistema híbrido tem as vantagens das metasuperfícies e dos PICs. Além disso, nosso design é altamente flexível e modular. Uma biblioteca de blocos de construção pode ser estabelecida para reutilizar e criar componentes funcionais consistentes em vários dispositivos ou sistemas. "