电光调制器可根据电信号控制光的各个方面，对于从传感到计量和电信的所有领域都是必不可少的。今天，对这些调制器的大多数研究都集中在芯片上或光纤系统内的应用上。但是线外和芯片外的光学应用呢，比如车辆中的距离感应呢?

当前在自由空间中调制光的技术体积庞大、速度慢、静态或效率低下。现在，哈佛大学约翰A.保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员与华盛顿大学化学系的研究人员合作，开发了一种紧凑且可调谐的电光调制器，用于自由空间应用，可以以千兆赫兹的速度调制光。

“我们的工作是向一类自由空间电光调制器迈出的第一步，该调制器以千兆赫兹速度在电信波长的自由空间光束中提供紧凑而高效的强度调制，”应用物理学教授FedericoCapasso说和文顿海耶斯电气工程高级研究员，该论文的高级作者。

该研究发表在《自然通讯》上。

平坦、紧凑的超表面是控制自由空间中光线的理想平台，但大多数是静态的，这意味着它们无法打开和关闭——这是调制器的关键功能。一些有源超表面可以有效地调制光，但仅限于低速，只有几兆赫兹。

硅纳米谐振器的SEM图像在二氧化硅基座顶部的石英基板上图案化。学分：卡帕索实验室/哈佛海洋

对于传感或自由空间通信等应用，您需要千兆赫级别的短而快速的光脉冲。

Capasso和他的团队开发的高速调制器将超表面谐振器与高性能有机电光材料和高频电子设计结合在一起，以有效地调制自由空间中的光强度。

调制器由一层薄薄的有机电光材料组成，该材料沉积在表面蚀刻有与微波电子设备集成的亚波长谐振器的表面上。当微波场施加到电光材料上时，其折射率会发生变化，从而在几纳秒内改变超表面传输的光强度。

“通过这种设计，我们现在可以将光调制速度比以前快100到1000倍，”卡帕索实验室的研究助理、该论文的第一作者Ileana-CristinaBenea-Chelmus说。“这种速度的进步为计算或通信开辟了新的可能性，超表面的可调谐性为定制的超紧凑光子学开辟了广阔的应用空间，这些光子学未来可能被沉积到任何纳米级自由空间光学产品上。”

接下来，研究人员的目标是看看他们是否可以更快地调制光，并通过改变超表面的设计来调制光的其他方面，例如相位或偏振。