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新型光子芯片能将单色光转为三色光 可作为量子计算和高精度测量新工具
2025-12-19
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近日,美国马里兰大学研究团队研制出一种新型光子芯片。这种光子器件可将单色激光光源被动转换为红、绿、蓝三色光,无需任何主动控制或反复优化即可稳定工作。这一突破技术为研究量子计算、高精度频率测量及光学计量提供了新工具。相关成果发表于《科学》杂志。


传统光子器件虽可捕捉和操控光子,实现光子流的分离、引导、放大和干涉,但功能有限且难以批量稳定生产。与普通棱镜只分解光色不同,芯片如果能直接产生输入光中原本不存在的新频率,不仅节省额外激光器占用的空间和能量,还能产生目前尚不存在的光频率。


实现这一功能依赖特殊的非线性光-物质相互作用。但非线性效应非常微弱,为增强效果,科学家使用光子谐振器让光在芯片中循环多次,弱效应叠加即可形成明显效果。不过,单一谐振器生成多种频率仍存在局限。


此前,团队提出使用微小谐振器阵列协同工作的方法,通过数百个微环组成的阵列放大非线性效应,引导光沿边缘传播,并可将脉冲激光转化为多频率光。在最新研究中,团队发现阵列本身就能提高频率转换的成功率,无需主动调节。实验显示,6块同一晶圆上的芯片在输入标准190THz激光后,均产生二、三、四次谐波光,对应红、绿、蓝三色光。而3块单环芯片即便使用嵌入式加热器,也仅一块在有限条件下产生二次谐波。


团队表示,阵列中小环和“超环”之间的不同循环速度,使光在芯片中更容易满足转换条件,相当于被动实现匹配。随着输入光强度增加,芯片还能生成更多频率光,类似此前的多频率光效果。


这一方法对光学计量、频率转换和非线性光学计算中等领域具有广泛影响,无需主动调节即可高效工作,为芯片光源的多功能、批量化应用提供了新思路。


这一方法对光学计量、频率转换和非线性光学计算中等领域具有广泛影响,无需主动调节即可高效工作,为芯片光源的多功能、批量化应用提供了新思路。


内容来源: 中国科学院


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