集成光路芯片能发出多种颜色激光

美国国家标准与技术研究院（NIST）科学家研制出一种新型光路芯片，仅有指甲大小，能够产生彩虹般的各种颜色的激光。这种芯片处理光的方式与传统芯片处理电子的方式类似，将能发出多种波长光的激光器集成于方寸之间，成为一种光的“集成电路”，有望为人工智能、量子计算和光学原子钟等前沿技术注入新动力，相关论文发表于新一期《自然》杂志。

目前，高质量、紧凑高效的激光器往往只能发出少数几种波长，例如半导体激光器擅长产生980纳米的红外光；而光学原子钟和量子计算机等技术，需要缤纷多彩的光源，能产生这些色彩的传统激光器却体积庞大、价格高昂且耗电惊人。

此次研制的新型光子芯片，犹如一块精巧的千层蛋糕。团队以涂有二氧化硅（玻璃）和铌酸锂的标准硅片为基底——铌酸锂是一种非线性光学材料，能改变穿行其中的光的颜色。随后，他们在上面添附金属电极，通过施加电场，将一种颜色的光点化为另一种。团队还构建了其他金属与铌酸锂的接口，实现对芯片内光信号的快速开关与调控，这正是数据处理与高速路由的关键能力。而这块“蛋糕”上最迷人的“糖霜”，是第二种非线性材料五氧化二钽。它拥有一种“魔法”：吸入单一颜色的激光，可“吐出”多种颜色的彩虹。

通过将不同材料三维堆叠，团队打造出一种能让光在各层间高效流转的光子芯片。每枚芯片内部都容纳了上万个光子回路，每个回路都能输出一种独一无二的色彩。

除了用于量子计算机与光学时钟领域，这种光子芯片还能为专用芯片之间的信号传输架起高速通道，让人工智能工具愈发强大高效。