研究部分:3月22日

确保无线通信没有加密
普林斯顿大学的研究人员,Michigan-Shanghai交通大学联合学院,大学和西安交通大学开发了一个毫米波无线芯片允许安全的无线传输,使它具有挑战性的窃听高频无线传输,即使多个勾结糟糕的演员。

芯片,使用标准的铸造过程,可以防止拦截没有减少延迟,5 g网络的效率和速度。

“我们是在一个无线上网的新时代网络的未来会越来越复杂,大量的不同的应用程序服务需求非常不同的特性,“Kaushik森古普塔说,普林斯顿大学电气和计算机工程的副教授。“认为低功耗智能传感器在家里或在一个行业,高带宽增强现实或虚拟现实,和自动驾驶汽车。为这和服务好,我们需要考虑安全整体和在每一个水平。”

而不是使用加密传输本身形状的方法,以防止窃听。它使用多个天线作为数组生成相互干扰的无线电波。数组天线能够使用此干扰直接传输路径定义。但是除了主传动,有次要路径。这些次要的路径是弱于主要的传播,但在一个典型系统它们包含相同的信号为主要路径。利用这些路径,潜在的窃听者可以妥协的传播。

团队能够使信号在窃听者的位置出现类似于噪音。为此,他们肢解这个消息随机和分配的不同部分信息子集的天线阵列。研究人员能够协调传输,因此只有一个接收机目的方向能够组装信号以正确的顺序。在其他地方,被信号到达的方式出现的噪音。

研究人员创建了系统芯片,可以在标准的芯片代工生产的。(图片由普林斯顿大学)

森古普塔相比的技术把一段音乐在一个音乐厅。“想象在一个音乐厅,在贝多芬的交响曲9,每一个工具,而不是玩的所有笔记,决定玩随机选择笔记。他们玩这些笔记在正确的时间,以及它们之间保持沉默,这样每个音符在原来的文章中被至少玩一些乐器。载着这些笔记的声波仪器穿过大厅,在某一个位置,他们可以准确地到达正确的时尚。听众坐在那里会喜欢原始的块,好像什么都没有改变。别人会听到刺耳的失踪notes到达随机时间,几乎像噪音。原则上,这是传播背后的秘密武器安全启用精确时空调制的高频电磁场。”

如果窃听者试图干扰主传动,它会导致问题可检测到目标接收方。

当多个窃听者可以一起工作来收集的噪音信号,试图重新组装成一个连贯的传播,接收器需要做的数量将会“非常大,”森古普塔说。“我们首次证明了这是可能的针数声签名的原始信号,勾结窃听者应用人工智能,但它是非常具有挑战性的。我们也显示技术发射机如何愚弄他们。这是一个猫捉老鼠的游戏。”

森古普塔说,它也可能使用加密以及新系统中以实现额外的安全性。“你仍然可以加密的,但可以减少负担和一个额外的安全层加密。这是一个免费的方法。”

芯片上的频率换档器
来自哈佛大学的研究人员开发芯片上的频率换档器可以转换光千兆赫的频率范围。频率控制换档器使用连续和单音微波。

“我们的频率换档器可能成为一个基本构建块高速、大规模的经典通信系统以及新兴光子量子计算机,”马克Lončar说,哈佛大学的电子工程教授。

团队构建了两种类型的芯片上的移频器在铌酸锂平台。此前研究人员展示了一种技术,高性能的铌酸锂微结构使用标准等离子体蚀刻硅微谐振器微弱谐振身体造型在薄铌酸锂的电影。

在最近的工作中,他们蚀刻耦合个薄膜铌酸锂波导。在第一个设备,两个耦合谐振器组成图eight-like结构。输入的光波导谐振器在图8模式,进入一个颜色和成为另一个。这个设备提供了频率变化高达28兆赫效率约为90%。它也可以被重新配置为可调谐频域波束分割,一束一个另一个频率的频率被分成两束。

第二个设备使用三个耦合谐振器:一个小环谐振器,长椭圆形谐振器称为赛马场谐振器,和一个长方形的谐振器。以光的速度在跑道谐振器,它就传到频率越来越高,导致高达120兆赫的转变。

在设备顶部,两个耦合谐振器组成图eight-like结构。输入的光波导谐振器,进入一种颜色和新兴作为另一个。设备使用底部三个耦合谐振器:一个小环谐振器,长椭圆形谐振器称为赛马场谐振器,和一个长方形的谐振器。以光的速度在跑道谐振器,它就传到频率越来越高,导致高达120兆赫的转变。(来源:第二湾工作室/哈佛大学海洋)

“我们能够实现这一频移的大小只使用一个单一的、30-gigahertz微波信号,”胡Yaowen说,哈佛大学的研究助理。“这是一种全新的光子设备。以前曾试图转变由数量超过100兆赫频率非常困难和昂贵,需要一个同样大的微波信号。”

“这项工作是由我们所有的以前的铌酸锂集成光子学的发展,“Lončar说。“频域的处理信息的能力在一个高效,紧凑,且可伸缩的方式有可能显著降低费用和资源需求大规模光子电路,包括量子计算、通信、雷达、光学信号处理和光谱学。”

调节可见光
哥伦比亚大学的研究人员开发了一个光学相位调制器可见波长的光可以操纵它没有变暗。

光学相位调节器控制光波的相位和用于芯片上光学开关通道光成不同的波导端口。然而,可见范围阶段调节器很难使由于缺乏材料,提供透明和高度的可调谐性。两个最合适的材料是氮化硅和铌酸锂,而被高度对可见光透明,没有太多的可调谐性,这意味着设备基于大,耗电。

研究者的方法使用micro-ring谐振器来减少尺寸和功耗的可见光谱相位调制器,从1毫米到10微米,从几十毫瓦和π阶段优化低于1毫瓦。

“通常更大的东西是越好。但集成设备是一个例外,”南方Yu说,哥伦比亚大学应用物理学副教授。“真的很难限制光位置和操作不失去的权力。我们感到兴奋,在这项工作我们已经取得了一个突破,将极大地扩大大型可见光谱集成光子学的地平线。”

可见光谱相位调制器(环半径为10微米)的中心比蝴蝶翅膀规模更小。(图片来源:石黄和Cheng-Chia蔡/哥伦比亚工程)

“我们的解决方案的关键是使用光学谐振器和操作它所谓的“强过耦合”政权,”米甲利普森说,电气工程教授和哥伦比亚大学的应用物理学教授。

“强烈过耦合”的政权,一个条件micro-ring之间的耦合强度和“总线”光波导为进入环至少10倍micro-ring的损失。后者主要是由于光学散射在胎侧设备上的纳米级粗糙度,”立普生说道。“你永远不能与光滑表面制备光子器件。”

“我们的最佳相位调节器操作蓝色和绿色的颜色,这是最困难的部分的可见光谱,只有一个半径5微米,消耗功率0.8 mWπ阶段调优,并介绍一个振幅的变化小于10%,”石黄说,哥伦比亚大学的一名研究生。“没有之前的工作已经证明这样的紧凑,功耗小,和低损耗的相位调节器在可见光波段”。

研究人员指出,尽管他们的集成程度远不及电子、他们的工作大大缩小光子和电子开关之间的差距。“如果以前调制器技术只允许100年集成波导相位调节器给定一个特定的芯片足迹和功率预算,现在我们可以做到更好100倍10000相移和集成芯片实现更复杂的功能,”Yu说。

团队正在努力证明可见光谱激光雷达组成的大型二维数组基于绝热micro-rings的相移。他们也注意设计策略可以应用到光电调节器来减少他们的足迹和驱动电压和可以应用在其他光谱范围如紫外线、电信、中红外和太赫兹,以及其他超出micro-rings谐振器设计。

“因此,我们的工作能激发未来的努力,人们可以实现强过耦合在一个广泛的resonator-based设备加强件轻松事交互,例如,提高光学非线性,使小说激光,观察新颖量子光学效果,同时抑制光学损失同时,”立普生说道。