Решітка нанорозмірних антен, виготовлених на поверхні чіпа, що дозволяє управляти потоком світла з високою точністю
Одна єдина подібна антена одному вуха, ока або динаміку акустичної системи. Але всім відомо, що якщо об'єднати два або більше з перерахованих елементів, то можна отримати значно кращий результат, ніж з одним елементом. Все вище сказане повністю стосується антен, передаючи один і той же сигнал з двох або більшої кількості ідентичних антен, що працюють зі зсувом фази відносно один одного, можна отримати можливість управління формою і напрямком розповсюдження кінцевого сигналу. І ця ідея вже досить давно використовується для створення фазових антенних решіток, що знайшли широке поширення в галузях комунікацій, в радарах і радіоастрономії.
До останнього часу антенні фазові решітки використовувалися для випромінювання і прийому радіочастот. Але сучасні технології нанопроизводства вже дозволяють дослідникам створювати фазові решітки і для оптичного діапазону електромагнітного спектра, іншими словами, для видимого світла. Джі Сун і його колеги з Массачусетського технологічного інституту створили антенну фазову решітку, що складається з 4096 крихітних антен, виготовлених на поверхні кремнієвого чіпа. Така решітка дозволила їм управляти відповідним чином формою випромінюваного потоку світла і, комбінуючи світло від кожної антени, вони склали зображення емблеми Массачусетського технологічного інституту. Поки це все ще виглядає досить вражаючим, але такого рівня управління випромінюваним світлом неможливо досягти навіть з допомогою досконалих світлодіодних та лазерних технологій, що дозволить в майбутньому використовувати результати цих досліджень для створення голографічних зображень, в біомедичних дослідженнях і оптичних комунікаціях.
В основу створення оптичної антеною фазової решітки лягли результати попередніх досліджень, проведених вченими. У своїх попередніх дослідженнях вчені розробили технологію виготовлення нанофотонних фазових граток (nanophotonic phased arrays, NPAs) на плоскій поверхні кремнієвого чіпа. Зараз дослідникам вдалося створити ґрати, матрицю 64 64 елемента, що складається з ідентичних крихітних квадратних антен, розмірами 9 мікрон (0.009 мм). Всі антени цієї решітки виготовлені з кремнію і з'єднані між собою кремнієвими провідниками. Але ці провідники не є провідниками електричного струму, вони є свого роду хвилеводами, мікроскопічними каналами, по яких до антен подається світло від зовнішнього джерела, лазера. Для виготовлення елементів антен і хвилеводів дослідники використовували таку ж технологію, яка застосовується для виготовлення напівпровідникових чіпів CMOS, які використовуються повсюдно в будь електроніці.
Кожна з наноантенн решітки може випускати світло не тільки певної довжини хвилі, а хвилі світла в діапазоні, шириною декілька нанометрів, що дозволяє з допомогою фазової решітки синтезувати багатоколірні зображення. Джерелом світла для всієї решітки був один єдиний лазер, промінь якого був введений в чіп з допомогою оптоволоконного кабелю. Змінюючи фазу коливань хвиль світла лазера і їх частоту, дослідники змогли управляти рівнем випромінювання світла буквально кожної антени і створили зображення, зареєстроване спеціальним фоточутливим датчиком.
Всі 4096 наноантенн фазової решітки розташовані на поверхні кремнієвого чіпа, займаючи квадратну площу з довжиною ребра усього 0.8 міліметра. Використовуючи здібності нанофотонной фазової решітки, дослідники створили кілька зображень, що демонструють можливості технології. Природно, ці зображення так само були квадратними, розміром 0.8 мм, але рівень їх деталізації абсолютно недосяжний для будь-яких інших сучасних технологій. Цілком імовірно, що в недалекому майбутньому подібні нанофотонные фазові решітки, тільки що містять величезну кількість випромінюючих антен, зможуть стати основою голографічних дисплеїв, комунікаційного обладнання і інших пристроїв, про можливості створення яких ми зараз навіть ще й не підозрюємо.