Переключатель электро-опто-механический для автомобилей автопилотов

Переключатель электро-опто-механический для автомобилей автопилотов

Современные автомобили, наделённые автоматическим управлением, демонстрируют лучшие и надёжные конструкции. Однако, прежде чем наступит эра повальной автономной езды по городским улицам и шоссе, необходимо преодолеть ряд препятствий. Прежде всего, требуется переключатель для автомобилей под мгновенную оценку окружающей среды, в частности, чёткое распознавание людей. Это одно из препятствий, которое сводит современные технологии к пределу досягаемости.

Инновационный электро-опто-механический переключатель

И вот, команда учёных института электромагнитных полей из «ETH Zurich» совместно с коллегами Национального института стандартов и технологий  из США, а также специалистов университета Чалмерса в Гетеборге (Швеция), заявили о разработке. Речь идёт об инновационном электро-опто-механическиом переключателе, способном решить задачу распознавания.

Для достижения требуемого результата группа исследователей применила магический ингредиент — «плазмонику». Технология сжатия световых волн в структуры, которые намного меньше длины волны света, согласно законам оптики, видится невозможной. Однако, по словам учёных, это допустимо сделать путём направления света вдоль границы между металлом и диэлектриком — воздухом или стеклом, которое практически не проводит электрический ток.

Электромагнитные волны света частично проникают в структуру металла и способны вызывать колебания электронов. Это приводит к созданию гибридного объекта, состоящего из световой волны и электронного возбуждения — плазмона.

Более десяти лет назад некоторые известные физики уже предсказывали, как оптические переключатели на основе плазмонов способны привести к революции в области передачи и обработки данных. И то и другое действие делается намного быстрее с помощью фотонов, чем посредством традиционной электроники.

Между тем до настоящего времени коммерческие приложения в реальных условиях потерпели неудачу по причине значительных потерь, возникающих при транспортировке фотонов через плазмонные устройства. Кроме того, для таких вариантов требуется высокое напряжение переключения.

Основные особенности и практическое применение

Главной особенностью электро-опто-механического переключателя является золотая мембрана, толщина которой около 40 нм, а ширина несколько микрометров. Мембрана отделена от кремниевой подложки диском, сделанным на основе оксида алюминия. Зазор между золотой мембраной и подложкой контролируется механическими силами. При подаче напряжения мембрана слегка изгибается, в результате чего зазор становится меньше.

Размер щели, в свою очередь, определяет, проходит ли световая волна мимо золотой мембраны или отклоняется. Фактически, для определенной ширины промежутка на золотой мембране могут возбуждаться только плазмоны, имеющие определенную длину волны. Если свет имеет другую длину волны, соединения с мембраной не происходит, а лучи попросту распространяются по прямой линии внутри кремниевого волновода.

Учеными уже продемонстрирован новый переключатель в режимах включения / выключения несколько миллионов раз в секунду при электрическом напряжении чуть более одного вольт. Отныне громоздкие и энергоёмкие усилители, обычно используемые для электрооптических переключателей, становятся ненужными. В будущем планируется улучшить возможности устройства, уменьшив разрыв между золотом и кремнием.


При помощи информации: ETHZ