硅非線性度提高十萬倍

由大阪大學和國立臺灣大學領導的一組研究人員創建了一個納米級硅諧振器系統，該系統可用作光脈沖的邏輯門。這項工作可能會導致下一代基于硅的計算機處理器彌合電子和光學信號之間的鴻溝。

硅是我們星球上豐富的元素之一，并且是所有現代計算的基礎。也就是說，從智能手機到大型機，所有計算都基于通過硅晶體管產生的電信號進行。由電子信號制造開關和邏輯門很容易，因為電壓可以控制其他導線中的電流。但是，互聯網上的數據主要以光脈沖的形式通過光纖電纜發送。利用硅上的光完全控制數據和邏輯的能力可能導致更快的設備。

挑戰在于被稱為光子的光粒子幾乎不會相互影響，因此脈沖無法彼此打開或關閉以執行邏輯任務。非線性光學是一個研究領域，致力于發現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，必須使用非常強的激光。

現在，大阪大學和國立臺灣大學的科學家通過創建納米光學諧振器，將硅的非線性度提高了100,000倍，從而可以使用連續的低功率激光器來操作全光學開關。他們通過用尺寸小于200 nm的硅塊制造微小的諧振器來實現這一目標。根據米氏共振原理，波長為592 nm的激光會被困在內部并迅速加熱這些塊。長崎雄介說：“當納米粒子的大小與光波長的倍數匹配時，就會發生米氏共振。”

通過控制光(波長592 nm)演示光學開關。通過打開或關閉受控光可以切換信號光(543 nm)的強度。學分：大阪大學

當納米塊處于熱光誘導的熱態下時，543 nm處的第二個激光脈沖幾乎可以無散射地通過，而第一個激光關閉時則不會。該塊可以通過以納秒為單位測量的弛豫時間進行冷卻。這種大而快速的非線性特性導致了納米級GHz全光控制的潛在應用。高級作者Junichi Takahara說：“預計硅仍將是光學集成電路和光學器件的首選材料。”

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