科学家研究新型光子芯片！用声波有效抗噪，突破数据传输瓶颈

发布时间：2023-03-18 09:18:17 所属栏目：外闻来源：

导读：这种新型光子芯片可能将带来新一轮的科技革新,将极大地改变通信领域。它可以用于太空和国防技术、下一代通信技术，还有量子计算机。因为新型光子芯片具有巨大的研究前景，该研究项目获得了250万欧元的欧盟资金。

这种新型光子芯片可能将带来新一轮的科技革新,将极大地改变通信领域。它可以用于太空和国防技术、下一代通信技术，还有量子计算机。因为新型光子芯片具有巨大的研究前景，该研究项目获得了250万欧元的欧盟资金。

一、新型芯片设计基础：摒弃红外光，使用红外光让光路可见

乍一看，David Marpaung和他的团队的实验装置与房间里的许多其他装置相似：黑色窗帘将实验室桌子隔开，桌子上摆满了细光纤、显微镜和看起来很复杂的设备。但是科学家们在这里进行了独特的实验，这可能会改变数字信息的处理方式。这一切与一个放在显微镜下的微型芯片有关，这枚芯片的尺寸大约为1.5cm*1cm。附近的电脑屏幕全屏显示着芯片。芯片边缘进入表面的微小线条清晰可见，从而可以形成一个类似于马拉松赛道的图案。

二、打通“光的高速公路”，小体积优势让海量数据顺利集成

芯片是现代生活的重要组成部分。芯片的低成本使得其可以大规模生产，并彻底改变了电子设备。芯片由许多电子电路组成，这些电路充当信息传输的高速公路，被镶嵌在一块平坦的硅片上。从计算机、手机、汽车和许多家用电器到航天器和卫星的现代技术，一切都离不开它。随着时间的推移，芯片的尺寸变得越来越小，而它们的性能却不断提高，从而可以生产出更好更快的电子产品。

三、挑战声、光波结合改进，探索信息管理新的可能性

然而，改进当前的光子芯片是有可能的。科学家们发现，当声波与光波结合时，它们的相互作用可能会促成比光子芯片更好的信息管理和传输。“当你在光子芯片中引入声波时，声波本质上是一种比光波传播速度慢得多的机械波，就会出现一系列全新的信息管理可能性，”Marpaung说，“声波较慢的传播速度使得处理信息的准确性和分辨率高得多。它使您可以更轻松地滤除噪音、放大信号和选择您想要保留的信息或数据。这可能会使信号更清晰、噪音影响更小。”

“在激光相互增强的地方，它们会产生一种作用力，就像锤子一样，”Marpaung解释道，“这种力量短暂地压缩了光通道的材料并产生了某种‘砰’，声波诞生了。” 声波与光一起穿过光波导，压缩周围的光通道材料。这种压缩也会影响和改变光的传播速度。因此，通过调制声音，科学家们还可以操纵穿过芯片的光波，从而处理基于发射的光波长的信息传输。

四、引导光传播的氮化硅和玻璃，光通道材料的两大功臣

虽然理论成立，但在实践中仍存在一些问题。构建可以很好地引导声波的包含光波导的芯片是一个巨大的挑战，这是在光和声音之间进行适当交互时必面临的问题。例如，在现代硅光子芯片中，通道对光运行良好，但对声波则不然。其他芯片材料可能表现出相反的情况。因此，科学家们需要建立一个同时适用于光波和声波的光通道，这是一个非常复杂的任务。他们通过微妙操纵标准光子芯片的设计解决了这个问题。这些标准芯片中的光波导由两种不同的材料组成，即氮化硅和玻璃，它们经过优化以引导光。在氮化硅核心中，光缓慢传播，周围环绕着玻璃外壳，光线快速传播。

Marpaung教授和他的团队提出了一种出色的标准光波导替代设计，解决了光波和声波不能有效结合的问题。Marpaung教授解释说：“我们制作了一种波导，在玻璃外壳内包含的不是一个而是两个氮化硅核心。” “当光线穿过这两个核心时，核心之间会有一些光泄漏到玻璃外壳中。如果我们也在核心之间创建声波，引导它进入玻璃外壳内部，就能将声波和光波保持在一个空间中，让声音干扰光。

科学家将声波和光波结合，做出进一步改进，通过声波、光波的相互作用促成比光子芯片更好的信息管理和传输，使信号更清晰，噪音影响更小。与此同时，氮化硅和玻璃材料在光通道中对光传播时的引导也极为重要，为声、光波结合做出了进一步的贡献。随着科技的发展，人们对声音的要求越来越高，而传统的扬声器已经无法满足现代人的需求。

总之，新一代光子芯片未来可期，我们将共同期待它带来的新一轮技术革命。

（编辑：汽车网）

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