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【資料圖】

通過(guò)使用光脈沖而不是電信號(hào)，光學(xué)設(shè)備有能力比電氣設(shè)備更快地傳輸信號(hào)。這就是為什么現(xiàn)代設(shè)備經(jīng)常采用光學(xué)技術(shù)來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，光纜的網(wǎng)速比傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電纜快得多。通過(guò)以更快的速度和更小的功率做更多事情，光學(xué)領(lǐng)域有可能徹底改變計(jì)算。

然而，今天基于光學(xué)的系統(tǒng)的主要限制之一是，在某一點(diǎn)上，它們?nèi)匀恍枰谢陔娮拥木w管來(lái)有效處理數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，利用光學(xué)非線性的力量，由加州理工學(xué)院電氣工程和應(yīng)用物理學(xué)助理教授Alireza Marandi領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)全光開(kāi)關(guān)。這種開(kāi)關(guān)最終可以實(shí)現(xiàn)使用光子的數(shù)據(jù)處理。這項(xiàng)研究于7月28日發(fā)表在《自然-光子學(xué)》雜志上。

Alireza Marandi團(tuán)隊(duì)選擇了一種被稱為鈮酸鋰的晶體材料，這是一種在自然界中不存在的鈮、鋰和氧的組合，但在過(guò)去的50年中被證明對(duì)光學(xué)領(lǐng)域至關(guān)重要。這種材料本身是非線性的。由于晶體中原子排列的特殊方式，它所產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)與輸入信號(hào)不成正比。

雖然鈮酸鋰晶體被用于光學(xué)領(lǐng)域已有數(shù)十年之久，但最近，納米加工技術(shù)的進(jìn)步使團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)造出基于鈮酸鋰的集成光子設(shè)備，使光線被限制在一個(gè)微小的空間內(nèi)。空間越小，相同功率下的光強(qiáng)度就越大。因此，通過(guò)這樣一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)攜帶信息的光脈沖可以提供比其他方式更強(qiáng)的非線性響應(yīng)。

Alireza Marandi團(tuán)隊(duì)還在時(shí)間上限制了光。從本質(zhì)上講，他們減少了光脈沖的持續(xù)時(shí)間，并使用了一種特殊的設(shè)計(jì)，使脈沖在通過(guò)設(shè)備傳播時(shí)保持短促，這導(dǎo)致每個(gè)脈沖具有更高的峰值功率。這兩種策略的綜合效果大大增強(qiáng)了特定脈沖能量的非線性強(qiáng)度，這意味著光子現(xiàn)在對(duì)彼此的影響更強(qiáng)。

最終的結(jié)果是創(chuàng)建了一個(gè)非線性分離器，在這個(gè)分離器中，光脈沖根據(jù)其能量被輸送到兩個(gè)不同的輸出，這使得開(kāi)關(guān)在不到50飛秒（飛秒是四億分之一秒）的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。相比之下，最先進(jìn)的電子開(kāi)關(guān)需要幾十皮秒（一皮秒是一萬(wàn)億分之一秒），相差很多數(shù)量級(jí)。

關(guān)鍵詞：加州理工學(xué)院非線性的光學(xué)開(kāi)關(guān)