Cesar Zhu译

　　 光从光腔的底部发出。虚线轮廓代表硫化镉纳米光纤的方向。

　　让电脑更小、更快、更加省电的竞争正在推进材料电子特性的极限。光学系统最终将取代电子系统，但是由于计算基本原理是混合0、1输入成为单输出，目前使用光学系统需要更大的空间和能量。

　　宾夕法尼亚大学的研究人员设计了一个纳米光纤系统，为达到这种能力铺平了道路。该系统将两个光波耦合成不同频率的波，并通过光学谐振腔输出放大到可用水平。

　　这项研究是由美国陆军研究办公室、国家卫生研究院和美国空军科学研究办公室支持，由宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院材料科学与工程专业Ritesh Agarwal教授和同实验室的博士后Ming-Liang Ren领导，阿加瓦尔实验室的其他成员Wenjing Liu、Carlos O. Aspetti 和Liaoxin Sun为研究作出了贡献，相关研究成果发表在《自然通讯》上。

　　“将0、1两个输入信号叠加产生新的输出是计算的基本原理，” Agarwal说，“处理电信号简单，但是光波通常不相互影响，所以处理起来比较难。”

　　既然电视机和电脑屏幕的颜色能仅由红、绿、蓝组合而成，混合光束的固有困难可能和大家的感知有所出入。但其实，黄色橙色紫色等所谓混合而成的颜色，只是感官的错觉，而不是物理意义上的混合。例如紫色并不是红光和蓝光混合成单一的紫色波长，只是红色和蓝色同时发光而已。

　　由于高功率和大容量的限制，即使是混合能力最好的非线性材料，也不适合计算机的使用。“非线性材料像硫化镉，可以改变通过它的光的频率和颜色，”Ren说，“但你需要一个强大的激光，即便如此，材料的厚度需要达到几十微米甚至毫米量级。这不适合电脑芯片。”

　　为了减少光的功率和材料的体积，需要混合有用的信号。研究人员需要一种能放大光波经过硫化镉纳米光纤的强度的方法。

　　研究人员想出了一个光学设计上的好点子：将纳米光纤部分包裹在银壳上，就像一个回音室。在制备开、关速度极快的设备之前，Agarwal's集团采用了相似的设计。其质量取决于表面等离子体共振现象，但是，通过改变进入纳米光纤光的偏振，研究人员能够更好地限制到纳米光纤的核心，即装置的频率转化和非线性部分。

　　Ren说：“设计这种结构，大部分光被限制在硫化镉内，而不是在它和银壳的交界面，当产生二次谐振时，强度最大。”

　　“像吉他弦上的二次谐波一样，这就意味着把光波进行二倍频。光子计算机系统的信息可以用光频率即一秒内产生的振荡次数进行编码。在一个接一个的波里能够控制光频率，满足计算机逻辑基本原理。

　　“我们希望能将两个光频率叠加，” Agarwal说，“所以我们简化了实验。将光频率自身叠加，就会得到双倍频光。最终通过改变纳米光纤和壳体的大小，我们希望能将光调谐到任意想要的频率。”

　　但是，最重要的是频率的混合能够在非常高的功率和纳米尺度下实现。研究人员的光学谐振腔能够增加输出光波的强度的次数超过一千次。

　　“硫化镉的频率改变效率是材料的固有特性，但取决于光波通过材料的体积，” Agarwal说，“通过增加银壳，我们可以显著地降低获得可用信号所需要的体积，从而推动设备尺寸进入纳米尺度。”

　　来源：http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141117154726.htm

　　本文受译者委托，享有该文的专有出版权，其他出版单位或网站如需转载，请与本站联系，联系email：mail@opticsjournal.net。否则，本站将保留进一步采取法律手段的权利。