硅非线性度提高十万倍

由大阪大学和国立台湾大学领导的一组研究人员创建了一个纳米级硅谐振器系统，该系统可用作光脉冲的逻辑门。这项工作可能会导致下一代基于硅的计算机处理器弥合电子和光学信号之间的鸿沟。

硅是我们星球上丰富的元素之一，并且是所有现代计算的基础。也就是说，从智能手机到大型机，所有计算都基于通过硅晶体管产生的电信号进行。由电子信号制造开关和逻辑门很容易，因为电压可以控制其他导线中的电流。但是，互联网上的数据主要以光脉冲的形式通过光纤电缆发送。利用硅上的光完全控制数据和逻辑的能力可能导致更快的设备。

挑战在于被称为光子的光粒子几乎不会相互影响，因此脉冲无法彼此打开或关闭以执行逻辑任务。非线性光学是一个研究领域，致力于发现光束以某种方式相互作用的材料。不幸的是，单晶硅的非线性非常弱，因此在过去，必须使用非常强的激光。

现在，大阪大学和国立台湾大学的科学家通过创建纳米光学谐振器，将硅的非线性度提高了100,000倍，从而可以使用连续的低功率激光器来操作全光学开关。他们通过用尺寸小于200 nm的硅块制造微小的谐振器来实现这一目标。根据米氏共振原理，波长为592 nm的激光会被困在内部并迅速加热这些块。长崎雄介说：“当纳米粒子的大小与光波长的倍数匹配时，就会发生米氏共振。”

通过控制光(波长592 nm)演示光学开关。通过打开或关闭受控光可以切换信号光(543 nm)的强度。学分：大阪大学

当纳米块处于热光诱导的热态下时，543 nm处的第二个激光脉冲几乎可以无散射地通过，而第一个激光关闭时则不会。该块可以通过以纳秒为单位测量的弛豫时间进行冷却。这种大而快速的非线性特性导致了纳米级GHz全光控制的潜在应用。高级作者Junichi Takahara说：“预计硅仍将是光学集成电路和光学器件的首选材料。”

当前的工作允许光开关比以前的尝试占用更少的空间。这一进步为直接片上集成以及超分辨率成像开辟了道路。