麻省理工學院及其合作機構的研究人員已開發出一種光子晶片，能夠將數千個可控的激光束直接投射到自由空間中。這項技術解決了光子學中的一個長期挑戰：有效地將光從晶片發送到外部，而不是將其困住在微觀光學接線中。光子晶片利用光而非電力來處理信息，這一方法能夠實現更快的通信速度和更大的帶寬。然而，大多數光子系統仍然將光限制在晶片上的微小光波導內。工程師們長期以來一直在努力有效地將這些光傳輸到外部世界。
如果光能夠以受控的方式迅速向外投射，它將支持更高分辨率的顯示器、緊湊的激光雷達系統、更快的3D打印技術以及更大的量子計算機。該研究發表於《自然》期刊，麻省理工學院、MITRE、桑迪亞國家實驗室和亞利桑那大學的科學家們共同參與了這一項目。
這一新平台使用微觀結構，從晶片表面向上彎曲，這些微小的發射器類似於迷你滑雪跳台，能夠將光束發射到自由空間中。每個光子晶片包含數千個這樣的結構。工程師們將光通過晶片上的光波導引導至發射器，然後調製器控制每個光束的開關。為了創建這些結構，研究人員將兩種在冷卻後膨脹程度不同的材料進行層疊。這種應變的差異使這些結構自然向上彎曲。
在晶片上，光在接線中傳遞，但在我們的正常自由空間中，光可以自由移動。麻省理工學院電子研究實驗室的訪問研究科學家Henry Wen表示，這兩種世界之間的介面長期以來一直是一個挑戰。但現在，憑藉這一新平台，我們可以創建數千個可個別控制的激光束，能夠在一次操作中與晶片外部的世界互動。
這一設計類似於傳統的恆溫器，利用兩種金屬具有不同膨脹率的特性，在溫度變化時彎曲。Wen表示，這兩種材料，氮化硅和氮化鋁，之前是獨立的技術。找到將它們結合在一起的方法，正是這項製造創新的關鍵，使得滑雪跳台的構建得以實現。
該項目源於量子月球計畫，這是一個麻省理工學院、科羅拉多大學博爾德分校、MITRE和桑迪亞國家實驗室之間的合作項目。該計畫專注於基於鑽石量子位的量子計算平台的建設，這些量子位需要精確控制的激光束。未來的量子計算機可能包含數百萬個量子位，這使得光束控制成為一項重大工程挑戰。
研究人員還通過將詳細的全彩圖像投射到自由空間中來演示該系統。這些圖像的大小約為一粒食鹽的一半。每個光束充當一個像素。由於發射器極其微小，該平台能夠創建極其密集的顯示器。Wen表示，這一系統如此穩定，甚至不需要進行錯誤修正，圖案能夠自動保持完美靜止。我們只需計算在特定時間需要開啟的激光顏色，然後將其開啟。這項技術將支持輕量級的增強現實眼鏡、緊湊的激光雷達傳感器以及更快的激光3D打印系統。
