多晶金刚石光学电路

将光用于信息的处理将会给我们开辟一个全新的领域。而如果想要将光子应用于电路或者传感器中,材料必须具备独特的光学和机械性能。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员最近首次利用多晶的金刚石材料制备了光电路。

“基于金刚石材料的独特性能,我们可以利用它制备可以直接应用的光机械电路。”该研究组的负责人Wolfram Pernice解释说,“而且所制备的这些元件,像谐振器,电路和晶片的质量也非常好。”

金刚石具有很高的折射率,对光的吸收很弱、透光性能优异,另外它具有非常高的弹性模量,可以适用于各种粗糙度表面,而且对热的传导也非常迅速。这些优良的性能使其可以用于制备光机械电路,应用于传感器、荧光成像或者其他先进的生物监测技术。

之前,光电路的制备只能基于单晶体的金刚石基底,而且对材料的纯度有非常高的要求。所以获得的器件的尺寸非常小,将其整合到具体的光学系统中也需要非常复杂的工艺和方法。

来自KIT的研究人员首次在多晶的金刚石上制备了晶片尺寸的光机械电路。虽然多晶材料的结构更加不规则,它的机械稳定性更好,可以更容易的进行加工,所以可以制备更大尺寸的器件。而且多晶材料对光的传导像单晶基底一样高效,适用于工业应用。

光学机械将光学和机械器件整合在一起,例如在Pernice小组的工作中,他们制备了纳米机械谐振器。当某个频率发生了,谐振器就会被激发开始震动。“纳米谐振器是目前最灵敏的传感器之一,被广泛地用于各种精确测量系统。但是传统的检测技术几乎无法应对这么小的器件。”该论文的第一作者Patrik Rath解释说,“在该研究中,我们利用了目前可以制备的和纳米机械谐振器尺寸类似的纳米光学器件。当谐振器发出信号,相应的光信号就会被传入电路。”该创新结合了不同领域的研究,使得高效的光机械电路成为可能。

集成光路和集成电路的工作原理类似,区别只在于传递的信号分别是光子或者电子。集成光路的优势在于光子的传播比电子效率更高。而且它们都可以被整合在厚度不到1mm的电路板上。

来源:KIT