211service.com
Vägledande ljus
För Paul Braun är framtiden för optisk datoranvändning kristallklar. Braun och hans kollegor vid University of Illinois i Urbana-Champaign rapporterar att de har hittat ett billigare och enklare sätt att konstruera små optiska vågledare inuti fotoniska kristaller. Dessa vågledare har potential att bete sig som de mikroskopiska trådarna på ett konventionellt mikrochip, förutom att de skulle transportera fotoner snarare än elektroner runt härvor av kretsar i submikrometerskala. Och det kan hjälpa till att göra fotoniska kristaller till grunden för en ny generation av mycket snabbare telekommunikations- och datorenheter.
Fotoniska kristaller är invecklade mikroskopiska strukturer pockade med regelbundet åtskilda hål, som en välordnad schweizisk ost. Hålen skapar en barriär mot ljus av vissa våglängder, och i rätt arrangemang kan de tvinga fotoner längs föreskrivna banor. Till skillnad från optiska fibrer, som läcker ljus när de böjs för långt, kan dessa vågledare kasta fotoner runt skarpa hörn, vilket gör dem till idealiska komponenter för optiska omkopplare, mikrolasrar, lysdioder, till och med helt optiska integrerade kretsar.
Den här historien var en del av vårt majnummer 2002
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Medan företag som Agilent Technologies och ett antal akademiska och statliga laboratorier utvecklar fotoniska kristaller, är det en stor utmaning att skapa vägar som slingrar sig igenom dem med den nödvändiga precisionen på mikrometernivå. Flera forskargrupper, inklusive en vid Sandia National Laboratories i Albuquerque, NM, har byggt och testat fotoniska kristallvågledare på kiselskivor, men deras tillverkningsteknik är samma komplexa, repetitiva och dyra litografiska process som används för att mönstra dagens mikrochips. Det är en underbar teknik - om du inte bryr dig vad den kostar, säger Braun.
Brauns teknik börjar med små kiseldioxidsfärer som sätts ihop i lösning till en tredimensionell, kristallliknande struktur. Brauns verkliga prestation var att hitta ett sätt att skapa exakt formade vägar genom dessa kristaller efter att de har satts ihop: hans grupp fyller utrymmet mellan sfärerna med en ljuskänslig polymer och använder sedan ett mikroskop för att fokusera en laser på specifika punkter, vilket får polymeren att härda. Dränera den omgivande, ohärdade polymeren, och resultatet är en defekt i kristallen: en perfekt skulpterad väg genom sfärerna, byggd med endast ett pass av lasern.
Många människor har funderat på hur man lägger till defekter i dessa självmonterande material, säger David Norris, fotonikforskare vid avdelningen för kemiteknik och materialvetenskap vid University of Minnesota. Pauls grupp har visat det första exemplet på hur det kan göras. Medan Braun säger att det kan ta tre år eller mer för självmonterande fotoniska kristaller att hitta vägen till kommersiella enheter, förväntar han sig att demonstrera en fungerande prototyp - kanske gjord av ett material som kisel som överför ljus mer tillförlitligt än polymeren inom de kommande sex månaderna.