芯片自由空间光子发射：微结构阵列跳台设计(自由空间型电光调制器)

9月，MIT研究人员开发了一类新型光子器件，能够以可扩展的方式将芯片上的光精准地发射到自由空间中。该芯片利用一组向上卷曲的微观结构阵列，形似微小的发光跳台，研究人员可以精确控制数千个微结构同时发射光的方式，并利用该平台投射出约为半粒盐大小的全彩色精细图像。

光子芯片是集成光学的核心，能够在芯片上产生、调制、传输和探测光信号。然而，传统光子芯片中的光被限制在波导内部，要将光从芯片引出到自由空间通常需要复杂的光栅耦合器或端面耦合，这些耦合器效率有限、方向控制不够精确，且难以同时控制大量发射单元的相位和振幅。这限制了光子芯片在自由空间光通信、激光雷达、全息显示、光互连等需要向自由空间投射光的应用中的潜力。

新型器件通过创新的"跳台"微结构阵列解决了这一问题。每个微结构像一个向上卷曲的微小跳台，将波导中的光逐渐引导向上并发射到自由空间。通过精密控制每个跳台的几何形状、高度和位置，可以独立调控每一个发射单元的光相位和振幅。数千个这样的微结构组成阵列后，就可以实现对整个发射波前的精确控制——相当于在芯片上构建了一个可重构的光学相控阵。

该平台已经展示了投射全彩色精细图像的能力，图像大小约为半粒盐，说明器件在微小尺度上实现了高分辨率的光场调控。这种芯片级自由空间光发射技术的潜在应用非常广泛：在光通信领域，可以实现芯片间的自由空间光互连，提高通信带宽；在激光雷达领域，光学相控阵可以实现无机械扫描的固态激光雷达；在显示领域，可以实现微型化的全息投影和近眼显示。可扩展的阵列设计意味着该技术有望通过半导体制造工艺批量生产。