陆军资助的研究人员开发了一种新的光学设备设计，可以帮助使光纤通信更节能。信贷:宾夕法尼亚大学
研究人员表示，美国陆军光电设备项目的一项新发现可能有助于提高光纤通信的能源效率。
宾夕法尼亚大学、北京大学和麻省理工学院参与了一个由美国陆军研究办公室资助的项目，该办公室是美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一个组成部分。这项研究试图开发一种新的光学器件设计，这种器件可以向一个方向辐射光。这种单面光辐射通道可用于广泛的光电应用，以减少光纤网络和数据中心的能量损失。《自然》杂志发表了这一发现。
光倾向于沿着一个方向在光纤中流动，就像水在管道中流动一样。片上耦合器是一种常用的耦合器将纤维连接到芯片上产生、放大或检测E光信号。当大多数光通过耦合器时继续通过光纤，一些光以相反的方向传播，泄漏出去。
宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)、北京大学(Peking University)和麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)参与了一个由美国陆军提供部分资金的项目，该项目开发了一种单方向辐射光的光学设备新设计。图片来源:宾夕法尼亚大学
数据通信中的能量消耗很大一部分是由于这种辐射损失造成的。数据中心的总能耗占全球电力需求的2%，而且需求每年都在增长。
此前的研究一致认为，在光纤和芯片之间的每个接口上，至少25%的损耗是一个无法超越的理论上限。由于数据中心需要复杂且相互交织的节点系统，当光在网络中传播时，25%的损耗会迅速增加。
在对该系统进行了更详细的研究后，研究团队发现，打破设备的左右对称可以将损失降至零。
在对该系统进行了更详细的研究后，研究团队发现，打破设备的左右对称可以将光纤网络和数据中心的能量损失降至零。图片来源:宾夕法尼亚大学
为了更好地理解这一现象，该团队开发了一种基于拓扑电荷的理论。拓扑电荷禁止向特定方向辐射。对于具有上下对称和左右对称的耦合器来说，每一面都有一个电荷，阻止垂直方向的辐射。
团队最终确定了一系列倾斜的条状物的设计，同时打破了左右和上下的对称。为了制造这样的结构，他们开发了一种新的蚀刻方法:将硅芯片放置在楔形衬底上，使蚀刻以倾斜的角度发生。相比之下，标准的蚀刻器只能创建垂直的侧壁。作为未来的一步，该团队希望进一步发展这种蚀刻技术，使其与现有的铸造工艺兼容，并提出一种更简单的蚀刻设计。
作者期望应用于帮助光在短距离(如光纤电缆和服务器芯片之间)更有效地传播，以及在较远距离(如远程激光雷达系统)中更有效地传播。
