研究人员创新光学微芯片，用于传感和通信
红外光无法被看见，但可以作为热量被感觉到。它位于电磁波谱中红色以外的波长，动物用它来在黑暗中探测猎物，夜视摄像机也用它来探测猎物。红外光谱学探索红外光如何与物质相互作用，在帮助研究人员在药物测试、材料科学和环境监测等一系列领域取得进展方面发挥了关键作用。
该领域的研究通常需要使用昂贵的仪器，由于使用宽、重、笨重的光源和探测器，这些仪器的成本高达数万美元。
但东北大学计算机与电气工程系的研究人员正在开发的新型光学芯片有望降低这些成本并将尺寸缩小到掌上仪器。
“目前，如果你想进行这种类型的光谱分析，你必须使用非常大且笨重的设备，”东北大学教授斯里尼瓦斯·塔迪加达帕 (Srinivas Tadigadapa) 表示，他是该芯片的研究人员之一。“我们通过将这些光源小型化并使其达到芯片级，将有可能（有朝一日）将它们放入手机或下一代其他智能设备中。”
图片来源：东北大学
Tadigadapa 和 Tadigadapa 实验室的博士生 Soheil Farazi 利用先进的量子力学技术开发了这项技术。
他们使用的主要方法之一涉及一种称为连续体束缚态 (BIC) 的量子物理概念。这种方法利用结构化材料内的特定波形和共振来创建能够产生类似于激光的相干单波长光源的芯片。
“我们在这里做的不是使用激光，而是使用在热板上加热的芯片来产生类似激光的光，”塔迪加达帕说。
“我们使用的材料非常简单，也很容易获得。我们制造这种设备的过程设计得很巧妙，”Tadigadapa 补充道，并指出一旦这些芯片能够大规模开发，它们就可以以最低的成本生产。
该光学芯片能够产生中红外范围内 10 至 12 微米的光，Tadigadapa 表示，这是分子检测和分析的重要范围。
2024 年 8 月 15 日，电气工程专业的博士生 Soheil Farazi 在 Egan 研究中心从事微芯片研究。图片来源：Matthew Modoono/东北大学
Farazi 补充说，相干单波长光源对于一系列传感和无线通信技术至关重要，因为发射过多波长的光源是不可取的，而且会使信号解释复杂化。
研究人员正处于该技术开发的早期阶段，重点是增强芯片的可调性并提高其发射特性的精度。
但他们已成功完成了芯片颇具挑战性的初始设计和制造阶段，Tadigadapa 说，这些芯片是在位于波士顿校区伊根研究中心的东北大学科斯塔斯纳米制造工厂生产的。
“这是我们要建造的这堵墙的第一块砖，”他说。“没有这块砖，这堵墙就建不起来。”
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