由大阪大學(xué)和國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員創(chuàng)建了一個(gè)納米級(jí)硅諧振器系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用作光脈沖的邏輯門。這項(xiàng)工作可能會(huì)導(dǎo)致下一代基于硅的計(jì)算機(jī)處理器彌合電子和光學(xué)信號(hào)之間的鴻溝。

硅是我們星球上豐富的元素之一，并且是所有現(xiàn)代計(jì)算的基礎(chǔ)。也就是說，從智能手機(jī)到大型機(jī)，所有計(jì)算都基于通過硅晶體管產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行。由電子信號(hào)制造開關(guān)和邏輯門很容易，因?yàn)殡妷嚎梢钥刂破渌麑?dǎo)線中的電流。但是，互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)主要以光脈沖的形式通過光纖電纜發(fā)送。利用硅上的光完全控制數(shù)據(jù)和邏輯的能力可能導(dǎo)致更快的設(shè)備。

挑戰(zhàn)在于被稱為光子的光粒子幾乎不會(huì)相互影響，因此脈沖無法彼此打開或關(guān)閉以執(zhí)行邏輯任務(wù)。非線性光學(xué)是一個(gè)研究領(lǐng)域，致力于發(fā)現(xiàn)光束以某種方式相互作用的材料。不幸的是，單晶硅的非線性非常弱，因此在過去，必須使用非常強(qiáng)的激光。

現(xiàn)在，大阪大學(xué)和國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)的科學(xué)家通過創(chuàng)建納米光學(xué)諧振器，將硅的非線性度提高了100,000倍，從而可以使用連續(xù)的低功率激光器來操作全光學(xué)開關(guān)。他們通過用尺寸小于200 nm的硅塊制造微小的諧振器來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。根據(jù)米氏共振原理，波長(zhǎng)為592 nm的激光會(huì)被困在內(nèi)部并迅速加熱這些塊。長(zhǎng)崎雄介說：“當(dāng)納米粒子的大小與光波長(zhǎng)的倍數(shù)匹配時(shí)，就會(huì)發(fā)生米氏共振。”

通過控制光(波長(zhǎng)592 nm)演示光學(xué)開關(guān)。通過打開或關(guān)閉受控光可以切換信號(hào)光(543 nm)的強(qiáng)度。學(xué)分：大阪大學(xué)

當(dāng)納米塊處于熱光誘導(dǎo)的熱態(tài)下時(shí)，543 nm處的第二個(gè)激光脈沖幾乎可以無散射地通過，而第一個(gè)激光關(guān)閉時(shí)則不會(huì)。該塊可以通過以納秒為單位測(cè)量的弛豫時(shí)間進(jìn)行冷卻。這種大而快速的非線性特性導(dǎo)致了納米級(jí)GHz全光控制的潛在應(yīng)用。高級(jí)作者Junichi Takahara說：“預(yù)計(jì)硅仍將是光學(xué)集成電路和光學(xué)器件的首選材料。”

當(dāng)前的工作允許光開關(guān)比以前的嘗試占用更少的空間。這一進(jìn)步為直接片上集成以及超分辨率成像開辟了道路。