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千兆赫茲范圍內(nèi)的片上移頻器可用于下一代量子計算機和網(wǎng)絡(luò)  在上圖的裝置中，兩個耦合的諧振器形成了一個類似八字的結(jié)構(gòu)。輸入的光從波導(dǎo)穿過諧振器，以一種顏色進入，以另一種顏色出現(xiàn)。底部裝置使用三個耦合諧振器：一個小的環(huán)形諧振器，一個長的橢圓形諧振器，稱為賽道諧振器，和一個矩形的諧振器。當(dāng)光線圍繞賽道諧振器加速時，它串聯(lián)成越來越高的頻率，帶來高達120千兆赫的轉(zhuǎn)變。 最難改變的屬性之一是光子的顏色，又稱其頻率，因為改變光子的頻率意味著需要改變其能量。 如今，大多數(shù)移頻器要么效率太低，在轉(zhuǎn)換過程中損失了大量的光，要么它們不能轉(zhuǎn)換千兆赫茲范圍內(nèi)的光，而這正是通信、計算和其他應(yīng)用中最重要的頻率所在。 現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)約翰-A-保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出高效的片上移頻器，可以在千兆赫茲頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換光。這些移頻器很容易控制，使用連續(xù)和單音的微波。 該研究發(fā)表在《自然》雜志上。 電氣工程系Tiantsai Lin教授和論文的資深作者Marko Lončar說："我們的移頻器可以成為高速、大規(guī)模經(jīng)典通信系統(tǒng)以及新興光子量子計算機的基本構(gòu)建塊。" 該論文概述了兩種類型的片上移頻器--一種可以將一種顏色覆蓋到另一種顏色，使用幾十千兆赫的移位，另一種可以級聯(lián)多種移位，移位超過100千兆赫。 每個設(shè)備都是建立在Lončar（隆恰爾）及其實驗室開創(chuàng)的鈮酸鋰平臺上。 鈮酸鋰可以有效地將電子信號轉(zhuǎn)化為光信號，但長期以來被該領(lǐng)域的許多人認(rèn)為難以在小范圍內(nèi)使用。在之前的研究中，Lončar和他的團隊展示了一種制造高性能鈮酸鋰微結(jié)構(gòu)的技術(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)的等離子體蝕刻技術(shù)在鈮酸鋰薄膜中物理雕刻微諧振器。 在這里，使用同樣的技術(shù)，Lončar和他的團隊在鈮酸鋰薄膜上蝕刻了耦合環(huán)形共振器和波導(dǎo)。在第一個裝置中，兩個耦合諧振器形成了一個類似八字的結(jié)構(gòu)。輸入的光以八字形模式從波導(dǎo)穿過諧振器，以一種顏色進入，以另一種顏色出現(xiàn)。這個裝置提供高達28千兆赫的頻率偏移，效率約為90%。它也可以被重新配置為可調(diào)諧的頻域分光器，其中一個頻率的光束被分成另一個頻率的兩個光束。 第二個裝置使用三個耦合的諧振器：一個小的環(huán)形諧振器，一個長的橢圓形諧振器，稱為賽場諧振器，和一個長方形的諧振器。當(dāng)光線圍繞賽馬場諧振器加速時，它串聯(lián)成越來越高的頻率，導(dǎo)致高達120千兆赫的轉(zhuǎn)變。 "我們只用一個30千兆赫的單一微波信號就能實現(xiàn)這種程度的頻率偏移，"哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究助理和論文的第一作者Yaowen Hu說。"這是一個全新類型的光子設(shè)備。以前試圖以大于100千兆赫的量來轉(zhuǎn)移頻率是非常困難和昂貴的，需要同樣大的微波信號。" "這項工作是由我們以前在集成鈮酸鋰光子學(xué)方面的所有發(fā)展促成的，"Lončar說。"以高效、緊湊和可擴展的方式處理頻域信息的能力有可能大大降低大規(guī)模光子電路的費用和資源要求，包括量子計算、電信、雷達、光信號處理和光譜學(xué)。" 相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2021-11-on-chip-frequency-shifters-gigahertz-range.html |
