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低傳輸損耗的拓撲絕緣光子晶體

關鍵字：拓樸絕緣體；光子晶體；光通訊；光子技術
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科技產業資訊室 (iKnow) - 黃松勳 發表於 2018年12月7日
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圖、低傳輸損耗的拓撲絕緣光子晶體
 
半導體產業生產的電子裝置的數量，以飛快的速度增長，到2040年，全世界將沒有足夠的電力來運行眾多電子裝置，然而有一種解決方案，是將當前用於傳輸數據的電子轉向利用無質量光子來取代之。光子系統除了節省能源外，處理更快，並具有更高的帶寬。目前，光子已經在一些應用中使用，例如晶片光子通信。然而，目前的光子技術有一個缺點是無法讓光在傳輸過程中有效地轉彎或彎折，對於光子要來取代為電子晶片中的電子，勢必要想辦法解決在微小空間中傳輸並轉彎的問題。
 
在Nature Nanotechnology期刊上報導，美國杜克大學的研究人員透過電子束光刻技術，設計並製作如同拓樸絕緣體概念的光子晶體，可防止光線穿透內部，同時只沿著光子晶體表面傳輸，並可以使光沿著轉角轉彎，達到高透射率而無反向散射的波導傳輸，減少光在轉彎時的能量損失。
 
在傳統光子晶體的轉角周圍引導光是可行的，但須透過複雜的特定參數設置技術，且在製作過程中，如果有任何微小錯誤，將失去原有優化的特性。 研究人員所開發出的光子晶體，無論其光子路徑的尺寸或幾何形狀都可以運作，且光子傳輸受到拓撲保護，表示，即使光子晶體結構存在微小的缺陷，波導仍可以很好地運作，因此製造誤差並不會造成太大的影響。
 
研究人員指出，他們的裝置還具有較大的運行頻寬，並與現代半導體製造技術兼容，也適用於目前通訊的波長。下一步，研究人員將試圖使其波導動態具有可調性，可以改變其操作頻寬，這將讓波導可以隨意開關，使全光學光子技術得以實現。(597字；圖1)


參考資料：
Bending light around tight corners without backscattering losses. Science Daily，2018/11/19
Robust topologically protected transport in photonic crystals at telecommunication wavelengths. Nature Nanotechnology，2018/11/12


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