Una nuova tecnologia che può consentire un migliore controllo della luce senza richiedere grandi, materiali e strutture difficili da integrare sono stati sviluppati dai ricercatori della Penn State. Il nuovo chip fotonico integrato potrebbe consentire molti progressi nel campo ottico e nell'industria, che vanno dai miglioramenti negli occhiali per realtà virtuale al telerilevamento ottico, secondo i ricercatori.

Guidato da Xingjie Ni, professore assistente di ingegneria elettrica, la ricerca è stata recentemente pubblicata su Progressi scientifici . Penn State dottorandi in ingegneria elettrica Xuexue Guo, Yimin Ding, Xi Chen e Yao Duan erano coautori del documento.

Tradizionalmente, gli scienziati hanno avuto due opzioni quando si tratta di controllare la luce da utilizzare in vari dispositivi ottici. Il primo è un circuito integrato fotonico (PIC) che può essere incorporato su piccoli chip ma ha una capacità limitata di controllare la luce nello spazio libero, la luce che si propaga nell'aria, spazio esterno o un vuoto, invece di essere guidato in fibre o altre guide d'onda. Il secondo è una metasuperficie emergente di recente, uno strato sottile progettato artificialmente che consente la manipolazione della luce su una scala di lunghezze d'onda inferiori, ma non può essere integrato su un chip.

Ni e i suoi colleghi ricercatori hanno risolto questo problema incorporando le migliori qualità delle due opzioni precedenti in un nuovo, architettura fotonica ibrida che ha metasuperfici integrate su un chip PIC pur mantenendo un'elevata controllabilità della luce.

"Questa incorporazione dei PIC e delle metasuperfici rende possibile guidare le metasuperfici utilizzando onde guidate all'interno dei PIC, " ha detto Ni. "Permette di instradare la luce tra diverse metasuperfici, eseguire più funzioni complesse su un singolo chip."

Questo nuovo sviluppo potrebbe avere applicazioni nelle comunicazioni ottiche, telerilevamento ottico—LiDAR—interconnessioni ottiche a spazio libero per data center e display di realtà virtuale e realtà aumentata.

"La tecnologia sviluppata aprirà modi entusiasmanti per la costruzione di dispositivi PIC multifunzionali con accesso flessibile allo spazio libero e guidati, metasuperfici wave-driven con piena capacità di integrazione su chip, " ha detto Ni.

Secondo Ni, gli aspetti più intriganti della sua ricerca sono le implicazioni per gli sviluppi futuri e il successo di combinare i migliori tratti della tecnologia esistente.

"Penso che la parte più eccitante della ricerca sia che abbiamo sposato due potenti tecnologie con capacità complementari:fotonica e metasuperfici integrate, " ha detto. "Il nostro sistema ibrido ha i vantaggi sia delle metasuperfici che dei PIC. Inoltre, il nostro design è altamente flessibile e modulare. È possibile creare una libreria degli elementi costitutivi per il riutilizzo e la creazione di componenti funzionali coerenti tra vari dispositivi o sistemi".