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光電/顯示技術  

號稱可實現光學資訊處理系統的SLM晶片

上網時間: 2012年11月21日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:空間式光調變器  SLM  光學資訊處理  天線單晶片  萊斯大學 

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),號稱可將光學資訊處理系統性能提升數個等級。

萊斯大學所開發的這種「天線單晶片(antenna on a chip)」類似運用在感測與影像裝置中的元件,但不同於那些2D半導體晶片,該晶片可在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 晶片與目前的尖端技術有顯著不同。

「利用這種元件,我們能製作出高良率的超大型陣列;」徐千帆指出:「我們所開發的元件是以材料為基礎,可在現有商業化CMOS廠房生產,而且能以非常高的速度運作。」他與同仁已在最新的線上科學期刊《Nature》發表其研究成果;而這種天線單晶片可能不適用一般運算領域,但能應用在媲美超級電腦性能的光學處理任務上。

在目前的電腦中,光線是被侷限為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「光學的大量多工(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」。傳統的整合式光學元件是仰賴像素陣列(an array of pixels),其傳輸能以非常快的速度改變;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晶片基本上是奈米級的結晶矽(crystalline silicon)肋骨狀結構,在與金屬電極連結的正/負摻雜(positively and negatively doped)矽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)」,並協調共振腔(resonating cavity)與外部的入射光線耦合。

萊斯大學所開發的天線單晶片內部結構顯微影像
萊斯大學所開發的天線單晶片內部結構顯微影像
(來源:Xu 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矽;但徐千帆表示,一旦光線被SLM捕獲,就能在由晶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顯示器投影機內的微鏡陣列(micromirror arrays)都屬於SLM,其內部的鏡子會旋轉;但雖然SLM是光學系統的基本元件,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,但如果要進行資訊處理,在每個像素裡放資料,那樣的速度就不太行。

據徐千帆表示,萊斯大學所開發的元件具備以10Gbps速度調變訊號的潛力:「我們認為這將能大幅提升光學資訊處理系統的性能。」研究團隊預期,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。

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
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
(來源:Jeff Fitlow/Rice University)

編譯:Judith Cheng

(參考原文: 'Antenna-on-a-chip' speeds infrared light transmission,by Dylan McGrath)





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