基于芯片的设备为增强现实和量子计算打开了新的大门

研究人员设计了一种新的基于芯片的设备，该设备可以在没有活动部件的情况下整形和控制蓝光。该设备可以极大地减少用于增强现实和各种其他应用的光投射组件的尺寸。

哥伦比亚大学研究小组负责人米哈尔·利普森(Michal Lipson)说：“我们的蓝色相控阵平台可以为许多新兴应用快速，精确地重新配置可见光，涵盖全息显示，量子信息处理以及生物传感和刺激。”“它为在大视野范围内的整个可见范围内进行芯片级光投射铺平了道路，并且可以使当前庞大的光学系统小型化。”

利普森(Lipson)及其同事在光学学会(OSA)的《光学快报》上描述了这种新设备。它是第一个使用氮化硅平台在蓝色波长下工作的芯片级光学相控阵(OPA)。通过启用3D光图案的任意重新配置，OPA的功能类似于可重新配置的镜头。

新的OPA是由DARPA资助的项目的一部分，该项目的目的是创建一种轻巧，低功耗的头戴式显示器，该显示器可以将可视信息以极高分辨率和大视野投射到视网膜上。如今，这种类型的增强显示是不可能的，因为用于整形和引导光的光投射组件体积庞大且视野有限。

可见操作

OPA提供了替代大型光投射设备的方法，但通常使用硅制造，而硅只能用于近红外波长。蓝色波长要求OPA由工作在可见波长的半导体材料(例如氮化硅)制成。但是，制造和材料挑战使实用的蓝色OPA难以实现。

研究人员最近优化了氮化硅制造工艺，以克服这一挑战。在这项新工作中，他们应用了这个新平台来创建基于芯片的OPA。

该论文的共同第一作者Min Chul Shin说：“如果器件的制造不完美，则较小的波长会散射得更多，从而导致更高的光损耗。”“因此，展示一种在蓝色波长下工作的OPA意味着我们可以在整个可见光范围内实现这一目标。”

研究人员使用新的蓝光OPA演示了在50度视野内的光束转向。他们还通过生成字母的2D图像显示了这种类型的图像投影平台的潜在优势。

该论文的共同第一作者Aseema Mohanty说：“我们测试过的所有芯片都运行良好。“该系统的大规模集成可以使用当今的光刻技术来完成。因此，该新平台引入了一个平台，用于在整个可见范围内完全可重新配置的芯片级3D体积光投影。”

从计算机到生物学的应用

新的蓝色OPA可用于受困的离子量子计算机，后者需要在可见光谱范围内的激光器才能进行微米级的光刺激。陷阱离子量子计算机是用于量子计算的最有前途的实用设计之一，这种新兴技术有望比传统计算快得多。

新的基于芯片的设备也可以用于光遗传学，它使用可见光控制活体组织中的神经元和其他细胞。例如，该设备可用于制造可植入设备，以刺激疾病动物模型中神经元上的光敏标签。

研究人员计划进一步优化OPA的功耗，因为低功耗操作对于轻巧的头戴式增强现实显示器和光遗传学应用至关重要。

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