激光是一種變革性的設(shè)備，但一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)阻礙了它們的發(fā)展。它們發(fā)出的光會(huì)反射回激光器本身，使激光器不穩(wěn)定甚至失效。在現(xiàn)實(shí)世界中，這一挑戰(zhàn)可以使用擁有磁性阻擋特性的大型設(shè)備解決。然而，在芯片這種規(guī)模上，工程師們希望激光有朝一日能改變計(jì)算機(jī)電路，但事實(shí)證明，有效的芯片級(jí)隔離器是難以實(shí)現(xiàn)的。
在這樣的背景下，美國(guó)的研究人員表示，他們已經(jīng)創(chuàng)造了一種簡(jiǎn)單有效的芯片級(jí)隔離器，可以放置在一層比一張紙薄數(shù)百倍的半導(dǎo)體材料中。“芯片級(jí)隔離是光子學(xué)面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。”美國(guó)某大學(xué)電氣工程教授說(shuō)，她是12月1日發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志上的這項(xiàng)研究的高級(jí)作者。
“每一臺(tái)激光器都需要一個(gè)隔離器，以防止背反射激光進(jìn)入激光器并破壞激光器的穩(wěn)定?！彼a(bǔ)充道，該設(shè)備對(duì)日常計(jì)算有極大的影響，也一定會(huì)影響下一代技術(shù)，比如量子計(jì)算。“而納米級(jí)隔離器很有前途，原因有幾個(gè)。首先，這種隔離器是被動(dòng)的。它不需要外部輸入、復(fù)雜的電子設(shè)備或磁性技術(shù)挑戰(zhàn)，這些都阻礙了芯片級(jí)激光器的發(fā)展。這些額外的機(jī)制產(chǎn)生了過(guò)于笨重的設(shè)備，并且可能會(huì)導(dǎo)致電干擾，從而損害芯片上的其他組件。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，新的隔離器也由常見(jiàn)的和眾所周知的半導(dǎo)體基材料制成，可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工技術(shù)制造，從而有可能簡(jiǎn)化其大規(guī)模生產(chǎn)的道路?！?br/>其實(shí)新隔離器的形狀像一個(gè)環(huán)。它由氮化硅制成，氮化硅是一種基于最常用的半導(dǎo)體硅的材料。強(qiáng)大的主激光束進(jìn)入環(huán)，光子開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较驀@環(huán)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，一束反向反射的光束將以相反的方向返回到環(huán)中，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
另一位共同作者表示：“我們注入的激光能量循環(huán)了很多次，這使我們能夠在環(huán)內(nèi)積累能量。這種不斷增加的能量改變了較弱的光束，而較強(qiáng)的光束繼續(xù)不受影響。而且只有反射光，被有效地抵消了。然后，主激光器離開(kāi)環(huán)，并沿所需方向隔離?！?br/>科學(xué)家們已經(jīng)建立了一個(gè)原型作為概念證明，并能夠?qū)蓚€(gè)環(huán)形隔離器串聯(lián)起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)更好的性能?！跋乱徊桨ㄑ芯坎煌l率光的隔離器，以及在芯片規(guī)模上更緊密地集成組件，以探索隔離器的其他用途并提高性能。”科學(xué)家們解釋說(shuō)。