新的微芯片设计利用表面的声波进行先进的传感技术
发布时间：2024-10-24 16:51:47 阅读数： 585
纵向声波和表面声波的布里渊散射原理：(a)片上布里渊散射的示意图，纯纵向声波（LAWs）（左）表示波导核心的密度波动，saw（右）沿着波导表面传播。(b)纵向声波和表面声波布里渊散射过程的光学色散图。(c)波导中纵波和表面声波的声位移分布图。
这些声波，类似于地震时产生的表面波，以比地震频率高近10亿倍的频率穿过芯片。通过在芯片表面包含声波，它可以更容易地与环境相互作用，使其成为先进传感技术的完美候选人。
研究结果发表在《APL Photonics》杂志上。悉尼大学纳米研究所和物理学院的资深作者及项目负责人莫里茨?梅克莱因博士表示：“在微芯片表面使用声波能够应用于传感、信号处理以及先进的通信技术?！薄拔颐窍衷诳梢钥伎悸鞘褂霉夂蜕舳堑绲男酒律杓??！?来自荷兰特温特大学的学生 government Neijts 在悉尼大学的实验室待了 9 个月，他说：“通常情况下，表面声波是用电子设备‘激发’的。在这里，我们使用光子学或光能来产生声波。这种方法有很多优点，其中最主要的是光不会在芯片中产生电子激发引起的热量?！?/p>
使用由锗、砷和硒化物（GeAsSe）制成的特殊玻璃，科学家们取得了显著成果，包括光和声音之间强烈相互作用的测量结果。这项创新研究展示了如何使用激光来产生和探测高频表面声波，使用新型材料作为 “波导”。
“这种材料被认为是软玻璃。这意味着，与许多材料不同，它可以引导高频声波，让它们更自由地与我们放入芯片的光波相互作用，”Merklein 博士说。产生和操纵这些高频声波的能力为传感和信号处理方面的新应用开辟了广阔可能性。合著者、悉尼大学光子学与光学科学研究所博士后研究员 Choon-Kong Lai 博士说：“想象一下，传感器可以检测到环境中的微小变化，或者先进的信号处理技术可以增强通信技术?！拔颐堑拇葱路椒ú唤鑫槊簟⒏咝У纳璞钙唐搅说缆?，而且扩大了在单个芯片上集成声学和光学技术的潜力。”
该团队之前展示了在声子内 “捕获” 光信息，或者在芯片内 “捕获” 声波。这种 “雷中之闪电” 的创新在当时是世界首创。
“我们已经开发了这项工作，能够管理和引导芯片表面的高频声波信息。这是对新兴传感技术发展的重要贡献，” 合著者和研究小组负责人、悉尼大学副校长 Ben Eggleton 教授说。
研究人员使用的技术被称为受激布里渊散射（SBS）。这是由光子（光）和声子（声音）之间的增强反馈回路产生的。当光在芯片或光纤周围移动时，就会产生声音振动。以前被认为是光通信中的一个麻烦，科学家们后来意识到他们可以耦合并增强这种振动，作为一种传输和处理信息的新方法。反馈过程允许光波（通常由激光产生）和声波 “耦合”，增强这种反馈效应的力量。研究人员预计受激布里渊散射的应用将在 5G/6G 和宽带网络、传感器、卫星通信、雷达系统、国防系统甚至射电天文学中得到应用。
