麻省理工学院开发集成光波电子电路

集成光波电子电路的伪彩色扫描电子显微照片。入射的超快光波在电路中感应出光电流，这些光电流对有关光波的形状和绝对相位的信息进行编码。

麻省理工学院的研究人员开发了集成的光波电子电路，以检测超快光场的相位。

光波的振荡速度远远快于大多数传感器的响应速度。太阳能电池，或用于从DVR中的遥控器接收信号的红外光电探测器，只能感应到光线所传递的总能量，无法获取光线所组成的快速振荡电场的细微细节。 。基本上所有的商用光传感器都会遇到同样的问题：它们就像麦克风一样，可以告诉人们大喊（或窃窃私语），但听不清其中的任何单词。

但是，在过去的几年中，科学家和工程师们一直在设计巧妙的技术来感知光场本身，而不仅仅是其发出的总能量。这很困难，因为所需的计时精度太短了，只有几飞秒（飞秒是十亿分之一秒的百万分之一）。结果，这些技术所需的设备和费用巨大，因此这项工作仅限于一些专门的研究实验室。允许广泛应用此功能的方法是紧凑，可制造且易于使用的方法。

在《自然通讯》杂志的最新出版物中，麻省理工学院的电子研究实验室博士后杨佳佳及其在麻省理工学院，加州大学戴维斯分校，德意志电子同步加速器（DESY）和德国汉堡大学的合作者证明了具有纳米级规模电路元件的微型芯片，其作用类似于天线，以每秒每秒近1千万亿次的速度收集振荡的光的电场。该芯片体积小，设备齐全，仅需廉价的电子设备即可读取数据。

他们的工作有可能在“光波电子学”中实现新的应用，以利用几个周期的光脉冲的电场波形进行高速信号处理。麻省理工学院电气工程教授，该论文的合著者卡尔·伯格格伦说：“我们看到大量可以基于该技术的新型光学和电子设备。”“例如，这项技术可能会对未来的应用产生影响，例如确定到遥远的天文物体的距离，对GPS技术至关重要的光学时钟以及气体的化学分析。”

为了演示该设备的工作原理，研究人员首先使用专门的激光系统生成了光脉冲，该激光系统旨在产生仅包含几个光学周期的光脉冲。他们将光照射到微芯片上，在微芯片上他们制造了数百个用超薄金膜图案化的微小天线。为了获得足够强的电信号，天线之间必须有很小的间隙，每个间隙只有十亿分之一米宽。当光穿过这些狭窄的缝隙时，它会产生巨大的电场，将电子从一个天线中剥离出来，将它们拉过空气，然后将其沉积在下一个天线上。尽管每个天线本身仅贡献很小的电流，但整个阵列上的总信号却很大，很容易测量。

参考：杨宇佳，Marco Turchetti，Praful Vasireddy，William P.Putnam，Oliver Karnbach，Alberto Nardi，FranzX.Kärtner，Karl K.Berggren和Phillip D.Keathley的“用片上Petahertz电子网络进行光相位检测”， 2020年，《自然通讯》，DOI：
10.1038 / s41467-020-17250-0

该论文的主要作者是杨玉佳。该研究团队由RLE小组负责人兼研究科学家Donnie Keathley领导，与电气工程和计算机科学系的Karl Berggren教授，Deutsches Elektronen-Synchrotron（DESY）的FranzKärtner和德国汉堡大学的教授合作和加利福尼亚大学戴维斯分校的William Putnam。其他合著者是Marco Turchetti，Praful Vasireddy，Oliver Karnbach和Alberto Nardi。

这项工作得到了美国空军科学研究所，欧洲研究理事会以及DESY的MIT-汉堡PIER计划的支持。