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美國科學(xué)家在8月5日出版的《科學(xué)》雜志上撰文指出，他們研制出了一塊新的硅基光學(xué)波導(dǎo)，能將硅芯片上的光信號隔離開，解決了建造光子芯片長期存在的問題，為下一代光子芯片的研制鋪平了道路。與電子芯片相比，光子芯片擁有超高速的運算速度、超大規(guī)模的信息存儲容量、能量消耗小、散發(fā)熱量低等優(yōu)點，因此，用光子代替電子實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接是不可阻擋的歷史潮流，不過，現(xiàn)在的計算機(jī)技術(shù)主要還是依靠電子芯片。 該研究的主要作者、加州理工學(xué)院電子工程系的博士后馮亮（音譯）表示：“我們希望電子芯片能完成的任務(wù)，光子芯片也能完成。” 如果不將光隔離，光子電路上不同元件發(fā)送和接收的信號就能相互作用，使光子芯片變得不穩(wěn)定。而電子電路中的二極管能通過限制電流朝一個方向行進(jìn)從而將電信號隔離開。因此，研制光子芯片的主要“攔路虎”是制造出“光子二極管”——光隔離器。科學(xué)家一直在為此目標(biāo)而努力。 以前，有兩種方法來制造光隔離器。第一種方法出現(xiàn)在100多年前，主要使用磁場。當(dāng)光在相反方向行進(jìn)時，磁場會改變光的偏振，因此，在一個方向行進(jìn)的光無法同在另一個方向行進(jìn)的光相互作用。馮亮說：“可是，我們不能在計算機(jī)周圍放置大磁場，這有損健康。” 第二種方法出現(xiàn)在50多年前，主要使用能改變光的頻率而不是光的偏振的非線性光子材料。但這種方法也有問題，因為集成電路的基本組成材料硅是一種線性材料，如果計算機(jī)打算使用由非線性材料制成的光隔離器，硅就可能會“下崗”，那么，所有計算機(jī)技術(shù)可能都需要修改。 馮亮團(tuán)隊設(shè)計出一種新的光學(xué)波導(dǎo)——一個0.8微米寬、能輸送光的硅設(shè)備，其使光能在一個方向采用對稱模式行進(jìn)，而在另一個方向上采用非對稱模式行進(jìn)，因為不同模式的光無法相互作用，因此，這兩束光就被隔離開，能穿過彼此。 在最新研究中，科學(xué)家們首次用新的硅波導(dǎo)這種線性材料將光隔離出來。盡管該研究還只是一個概念驗證實驗，但科學(xué)家們建造出了一個能被集成到一塊硅芯片上的光隔離器，光隔離器對建造出納米大小的光子設(shè)備至關(guān)重要。 現(xiàn)在，最先進(jìn)的光子芯片的數(shù)據(jù)傳輸率為10Gb/秒，是個人電腦的幾千倍，下一代光子芯片有望達(dá)到40Gb/秒。但因為這些光子芯片沒有內(nèi)置光隔離器，其比電子芯片更簡單，而且也無法投入實際應(yīng)用，因此，基于最新研究的光隔離器有望加速光子芯片的商業(yè)化進(jìn)程。 |
