加州理工學院（Caltech）的工程師們已經開發(fā)出一種開關，這是計算的基本組件之一，它使用光學而不是電子組件。這一發(fā)展可能有助于實現(xiàn)超快的全光信號處理和計算。

通過使用光脈沖而不是電信號，光學設備有能力比電氣設備更快地傳輸信號。這就是為什么現(xiàn)代設備經常采用光學技術來發(fā)送數據。例如，光纜的網速比傳統(tǒng)的以太網電纜快得多。通過以更快的速度和更小的功率做更多事情，光學領域有可能徹底改變計算。

然而，今天基于光學的系統(tǒng)的主要限制之一是，在某一點上，它們仍然需要有基于電子的晶體管來有效處理數據?，F(xiàn)在，利用光學非線性的力量，由加州理工學院電氣工程和應用物理學助理教授Alireza Marandi領導的一個工程師團隊已經創(chuàng)造了一個全光開關。這種開關終可以實現(xiàn)使用光子的數據處理。這項研究于7月28日發(fā)表在《自然-光子學》雜志上。

Alireza Marandi團隊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，但在過去的50年中被證明對光學領域至關重要。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，它所產生的光學信號與輸入信號不成正比。

雖然鈮酸鋰晶體被用于光學領域已有數十年之久，但近日，納米加工技術的進步使團隊能夠創(chuàng)造出基于鈮酸鋰的集成光子設備，使光線被限制在一個微小的空間內。空間越小，相同功率下的光強度就越大。因此，通過這樣一個光學系統(tǒng)攜帶信息的光脈沖可以提供比其他方式更強的非線性響應。

Alireza Marandi團隊還在時間上限制了光。從本質上講，他們減少了光脈沖的持續(xù)時間，并使用了一種特殊的設計，使脈沖在通過設備傳播時保持短促，這導致每個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了特定脈沖能量的非線性強度，這意味著光子現(xiàn)在對彼此的影響更強。

最終的結果是創(chuàng)建了一個非線性分離器，在這個分離器中，光脈沖根據其能量被輸送到兩個不同的輸出，這使得開關在不到50飛秒（飛秒是四億分之一秒）的時間內發(fā)生。相比之下，很先進的電子開關需要幾十皮秒（一皮秒是一萬億分之一秒），相差很多數量級。

審核編輯 ：李倩