光基技术“新宠”：铌酸锂超薄芯片有望用于月球导航系统
时间：2023-05-26
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近期，据美国《科学日报》网站报道，澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)集成光子学和应用中心主任Arnan Mitchell教授与阿德莱德大学(University of Adelaide) Andy Boes 博士带领的国际专家团队发现，由铌酸锂制成的超薄芯片将在光基技术上超过硅片，其潜在应用范围从地球上的远程水果成熟度检测到月球上的导航等等。他们表示，由于其卓越的性能和最近制造能力的进步，人工晶体为这些技术提供了更多的选择平台。包括来自中国北京大学、美国哈佛大学的科学家在内的国际团队，正在与工业界合作制造导航系统，计划在几年后使得月球车可在月球上行驶。其研究成果已于近期发表在了《科学》杂志上。由于暂时不可能在月球上使用全球定位系统(GPS)技术，月球车的导航系统将需要使用替代系统，而这就是该团队的创新之处。Mitchell教授表示，通过检测激光的微小变化，铌酸锂芯片可以在没有外部信号的前提下用于测量运动方面的数据。“这不是科幻小说，这种人造晶体正被用于开发一系列令人兴奋的应用，利用这种多功能技术潜力的竞争正在升温。”他补充说。Mitchell解释称，虽然月球导航装置处于早期开发阶段，但铌酸锂芯片技术已经足够成熟，可以用于太空应用。“我们的铌酸锂芯片技术也足够灵活，可以快速适应几乎任何基于光的技术。我们现在专注于导航，但同样的技术也可以用于将月球互联网连接到地球互联网。”他补充道。Andy Boes 博士表示，铌酸锂是一种人造晶体，于1949年首次被发现，而现在随着科学家寻找汽车、手机和电脑中使用的硅基芯片替代品，铌酸锂又“重新流行起来”。铌酸锂在光子学领域有新的用途，因为与其他材料不同，它可以在从微波到紫外频率的全光谱中产生和操控电磁波。Boes 说，“硅是电子电路的首选材料，但它的局限性在光子学中越来越明显。铌酸锂因其卓越的性能而重新流行起来，而制造业的进步意味着它现在可以作为半导体晶片上的薄膜使用。”他补充说，在半导体晶圆上放置了一层比头发丝还薄1000倍的铌酸锂，光子电路被打印到铌酸锂层中，这是根据芯片的预期用途量身定制的。一个指甲大小的芯片可能包含数百个不同的电路。Mitchell说，该团队正在与澳大利亚公司 Advanced Navigation 合作制造光学陀螺仪，其中激光在光纤线圈中沿顺时针和逆时针方向发射。“根据阿尔伯特·爱因斯坦的相对论，当线圈移动时，纤维在一个方向上比另一个方向略短，”他说。“我们的光子芯片足够灵敏，可以测量这种微小的差异，并用它来确定线圈的移动方式。如果你能跟踪你的动作，那么你就会知道你相对于你开始的位置。这被称为惯性导航。“Mitchell指出，这项技术还可以用于远程检测水果的成熟度。他解释称，“成熟水果释放的气体会被光谱中红外部分的光吸收。在果园上空盘旋的无人机将光线传送给另一架无人机，后者将感知光线被吸收的程度，以及水果何时可以收割。”“我们的微芯片技术比现有技术更小、更便宜、更准确，可以与非常小的无人机一起使用，不会损坏果树。”他们补充说。Mitchell说，澳大利亚可能成为制造铌酸锂集成光子芯片的全球中心，这将对使用光谱各个部分的技术应用产生重大影响。“我们拥有在澳大利亚制造这些芯片的技术，我们拥有将使用它们的行业，”他说。“光子芯片现在可以改变光纤通信以外的行业。”
