新型光学微型齿轮芯片：可发出传输数据的“扭曲”光

Ge微型齿轮。(a)微型齿轮结构的俯视图示意图，该示意图显示了齿轮的设计参数，即内部半径(Rin)、外部半径(Rout)和周期数(m)。(b)干法蚀刻后的Ge微型齿轮光学显微镜(OM)图像。在齿轮区域可以看到可见光模式。(c)聚焦离子束(FIB)图像显示了Ge微型齿轮的鸟瞰图，微型齿轮由埋地(底部)SiO2和等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)SiO2(顶部)封装在硅柱上。(d) Ge微齿轮扫描电镜(SEM)侧视图。由于TMAH刻蚀的各向异性，硅柱呈明显的金字塔状。晶圆片的结晶方向标注在右下角。来源：光学快报(2018). DOI：10.1364 / OE.26.034675

研究人员首次使用由锗制成的微小齿轮来产生扭曲的光漩涡，使光绕着其传播方向轴旋转，就像螺旋形一样。由于锗与用于制造计算机芯片的硅兼容，所以这种新的光源可以用来增加基于芯片的光学计算和通信传输的数据量。

来自英国南安普敦大学、日本东京大学(University of Tokyo)、东桥工业大学(Toyohashi University of Technology)和日立公司(Hitachi Ltd.)的研究人员在美国光学学会的《光学快报》(Optics Express)杂志上描述了这种新型发光齿轮。这种微型齿轮半径只有1微米或更小，1平方毫米的计算机芯片内可以压缩25万个这样的微型齿轮。

由于其在通信和计算方面的优势，人们对产生扭曲、或具有光束轨道角动量的光非常感兴趣。现在，人们通过改变发射光子的数量，或者使光在两种偏振态之间切换来利用光携带信息。但如果使用扭曲的光的话，光的每个扭曲都可以表示不同的值或字母，这样我们就可以用更少的光来携带更多的信息。