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激光是一種變革性的設備，但一項技術挑戰(zhàn)阻礙了它們的發(fā)展。它們發(fā)出的光會反射回激光器本身，使激光器不穩(wěn)定甚至失效。在現(xiàn)實世界中，這一挑戰(zhàn)可以使用擁有磁性阻擋特性的大型設備解決。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算機電路，但事實證明，有效的芯片級隔離器是難以實現(xiàn)的。
在這樣的背景下，美國的研究人員表示，他們已經(jīng)創(chuàng)造了一種簡單有效的芯片級隔離器，可以放置在一層比一張紙薄數(shù)百倍的半導體材料中。“芯片級隔離是光子學面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。”美國某大學電氣工程教授說，她是12月1日發(fā)表在《自然光子學》雜志上的這項研究的高級作者。
“每一臺激光器都需要一個隔離器，以防止背反射激光進入激光器并破壞激光器的穩(wěn)定。”他補充道，該設備對日常計算有極大的影響，也一定會影響下一代技術，比如量子計算。“而納米級隔離器很有前途，原因有幾個。首先，這種隔離器是被動的。它不需要外部輸入、復雜的電子設備或磁性技術挑戰(zhàn)，這些都阻礙了芯片級激光器的發(fā)展。這些額外的機制產(chǎn)生了過于笨重的設備，并且可能會導致電干擾，從而損害芯片上的其他組件。另一個優(yōu)點是，新的隔離器也由常見的和眾所周知的半導體基材料制成，可以使用現(xiàn)有的半導體加工技術制造，從而有可能簡化其大規(guī)模生產(chǎn)的道路。”
其實新隔離器的形狀像一個環(huán)。它由氮化硅制成，氮化硅是一種基于最常用的半導體硅的材料。強大的主激光束進入環(huán)，光子開始沿順時針方向圍繞環(huán)旋轉。同時，一束反向反射的光束將以相反的方向返回到環(huán)中，以逆時針方向旋轉。
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，主激光器離開環(huán)，并沿所需方向隔離?！?br/>科學家們已經(jīng)建立了一個原型作為概念證明，并能夠將兩個環(huán)形隔離器串聯(lián)起來，以實現(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。”科學家們解釋說。