据该领域的世界领先科学家称，由铌酸锂制成的超薄芯片将在基于光的技术中超越硅芯片，其潜在应用范围从地球上的远程成熟水果检测到月球上的导航。
他们表示，人造晶体因其卓越的性能和制造能力的最新进展而为这些技术提供了首选平台。
皇家墨尔本理工大学的杰出教授 Arnan Mitchell 和阿德莱德大学的 Andy Boes 博士带领这个全球专家团队在《科学》杂志上回顾了铌酸锂的能力和潜在应用。
包括来自中国北京大学和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，计划在本十年晚些时候帮助漫游者在月球上行驶。
由于不可能在月球上使用全球定位系统 (GPS) 技术，因此月球车中的导航系统将需要使用替代系统，这就是该团队的创新所在。
根据米切尔的说法，通过检测激光的微小变化，铌酸锂芯片可用于测量运动而无需外部信号。
“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的潜力的竞争正在升温，”集成光子学和应用中心主任米切尔说。
他说，虽然月球导航装置处于开发的早期阶段，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，可以快速适应几乎所有使用光的应用，”米切尔说。
“我们现在专注于导航，但同样的技术也可用于将月球上的互联网连接到地球上的互联网。”
什么是铌酸锂及其用途?
Boes 表示，铌酸锂是一种人造晶体，于 1949 年首次被发现，但“重新流行起来”。
“铌酸锂在光子学领域有新用途——光的科学和技术——因为与其他材料不同，它可以在从微波到紫外线频率的整个光谱范围内产生和操纵电磁波，”他说。
“硅是电子电路的首选材料，但它的局限性在光子学中变得越来越明显。
“铌酸锂因其卓越的性能而重新流行起来，而制造的进步意味着它现在可以作为半导体晶圆上的薄膜很容易获得。”
Boes 说，在半导体晶圆上放置了一层比人类头发丝薄约 1000 倍的铌酸锂。
“光子电路被印刷到铌酸锂层中，这是根据芯片的预期用途定制的。一个指甲盖大小的芯片可能包含数百个不同的电路，”他说。
月球导航技术如何工作?
米切尔说，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。如果您可以跟踪自己的动作，那么您就知道相对于起点的位置。这叫做惯性导航。”
离家较近的潜在应用
该技术还可用于远程检测水果的成熟度。
“成熟果实释放的气体被光谱中红外部分的光吸收，”米切尔说。
“在果园中盘旋的无人机会将光传输给另一架无人机，后者会感知光被吸收的程度以及水果何时可以收获。
“我们的微芯片技术比目前的技术更小、更便宜、更准确，可以与不会损坏果树的非常小的无人机一起使用。”
下一步
米切尔说，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。”
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