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根据美国电气和电子工程师协会(IEEE)网站上的一份最新报告，哥伦比亚大学的研究人员已经开发出迄今为止最小的光集成电路，它可以在很宽的波长范围内显示出高性能，并有望完全改变光通信和光信号处理等关键技术。这项突破发表在最近出版的《自然纳米技术》杂志上。
将光学集成电路缩小到现有计算机芯片中集成电路的尺寸是科学界一直试图解决的难题，但是它们仍然无法将各种波长的光压缩在一起。然而，哥伦比亚大学研制的光集成电路是一种波导模式转换器件，其“模分复用”技术可以给芯片增加更多的光通信通道。“这种效果就像桥梁上的交通容量突然增加了几倍，或者一个足球场可以神奇地容纳多个队伍同时训练。”该论文的合著者、哥伦比亚大学副教授余南方说。
新的模式转换器首次将集成电路的尺寸减小到光波长的1.7倍，而以前的类似设备是光波长的几倍到几百倍，并且它可以在宽波长范围内将输入波导模式转换成输出波导模式。
这些前所未有的性能的关键在于，研究人员已经将超表面结构集成到光波导中。超表面结构是一种厚度小于波长的二维超薄材料，可以实现对光传播模式的灵活有效控制。这次使用的超表面结构由许多以亚波长间隔排列的纳米天线组成，它们可以吸收波导中最里面的光，并在调整吸收光的性能后将其返回波导。由于纳米天线排列紧密，波导模式转换可以在不到两倍的波长内实现。
余南方表示，他们计划进一步改进模分复用系统，并使用更灵活的光学材料来更有效地控制光在波导中的传播。
