新型材料有望带来超快全光通讯技术 比传统硅基电子设备要快10倍

美国普渡大学研究人员开发出一种新的“等离子氧化材料”，有望带来超快全光通讯技术，至少比传统技术要快10倍。相关论文发表在近期美国光学协会的《光学》杂志上。
光通信是用激光脉冲沿光纤来传输信息，用于电话服务、互联网和有线电视；而全光技术无论是数据流还是控制信号都是光脉冲，不用任何电信号来控制系统。论文第一作者、博士生纳萨尼尔·金赛说，对数据传输来说，能调制反射光的量是必要条件，“我们能设计一种薄膜使反射光增加或减少，利用光反射的增减来编码数据，反射的变化会导致传输的变化。”
研究人员证明了铝掺杂氧化锌（AZO）制造出的光学薄膜材料是可调制的。他们用铝掺杂氧化锌，在氧化锌中浸满了铝原子以改变材料的光学性质，使它在特定波长下变得像一种金属，而在其他波长下像高电阻介质。
AZO薄膜的折射率接近于零，它能利用电子云状的表面等离激元来控制光。脉冲激光会改变AZO的折射率，从而调制反射光的量。这种材料能在近红外光谱范围工作，可用在光通讯中，并与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容。
研究人员的设想是利用这种材料来创造一种“全光等离子调制器”，或叫光学晶体管。在电子设备中，硅基晶体管负责开关电源、放大信号。光学晶体管是用光而不是电来执行类似任务，会使系统运行大大加速。
用脉冲激光照射这种材料，材料中的电子会从一个能级（价带）移动到更高能级（导带），留下空穴，并最终与这些空穴再次结合。晶体管开关的速度受限于完成这一周期的时间。在他们的AZO薄膜中，这一周期约为350飞秒，比晶体硅要快约5000倍。把这种速度提升转化到设备中，至少比传统硅基电子设备要快10倍。