與電子晶片相比，光子晶片擁有超高速的運算速度、超大規模的信息存儲容量、能量消耗小、散發熱量低等優點，因此，用光子代替電子實現數據連接是不可阻擋的歷史潮流，不過，現在的計算機技術主要還是依靠電子晶片。該研究的主要作者、加州理工學院電子工程系的博士後馮亮（音譯）表示：“我們希望電子晶片能完成的任務，光子晶片也能完成。”
如果不將光隔離，光子電路上不同元件發送和接收的信號就能相互作用，使光子晶片變得不穩定。而電子電路中的二極管能通過限制電流朝一個方向行進從而將電信號隔離開。因此，研制光子晶片的主要“攔路虎”是制造出“光子二極管”光隔離器。科學家一直在為此目標而努力。
以前，有兩種方法來制造光隔離器。第一種方法出現在100多年前，主要使用磁場。當光在相反方向行進時，磁場會改變光的偏振，因此，在一個方向行進的光無法同在另一個方向行進的光相互作用。馮亮說：“可是，我們不能在計算機周圍放置大磁場，這有損健康。”
第二種方法出現在50多年前，主要使用能改變光的頻率而不是光的偏振的非線性光子材料。但這種方法也有問題，因為集成電路的基本組成材料矽是一種線性材料，如果計算機打算使用由非線性材料制成的光隔離器，矽就可能會“下崗”，那麽，所有計算機技術可能都需要修改。
馮亮團隊設計出一種新的光學波導一個0.8微米寬、能輸送光的矽設備，其使光能在一個方向采用對稱模式行進，而在另一個方向上采用非對稱模式行進，因為不同模式的光無法相互作用，因此，這兩束光就被隔離開，能穿過彼此。
在最新研究中，科學家們首次用新的矽波導這種線性材料將光隔離出來。盡管該研究還只是一個概念驗證實驗，但科學家們建造出了一個能被集成到一塊矽晶片上的光隔離器，光隔離器對建造出納米大小的光子設備至關重要。
現在，最先進的光子晶片的數據傳輸率為10Gb/秒，是個人電腦的幾千倍，下一代光子晶片有望達到40Gb/秒。但因為這些光子晶片沒有內置光隔離器，其比電子晶片更簡單，而且也無法投入實際應用，因此，基於最新研究的光隔離器有望加速光子晶片的商業化進程。
科技日報 2011/08/09 劉霞
- A Guiding Light for Silicon Photonics: An optical waveguide is an important step toward a completely new kind of computer. (Technology Review)
- Nonreciprocal Light Propagation in a Silicon Photonic Circuit (Science)
- Caltech-led engineers solve longstanding problem in photonic chip technology (Physorg)
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