摘要：哥伦比亚大学的工程师们最近搞出个新鲜事，一块不起眼的硅芯片，居然能把单个激光器变成“微观彩虹”。

哥伦比亚大学的工程师们最近搞出个新鲜事，一块不起眼的硅芯片，居然能把单个激光器变成“微观彩虹”。

这东西不是用来观赏的，它能拆出数十个独立的光通道传数据，以后咱们刷视频、用AI的速度，说不定都得靠它撑着。

本来他们是想解决激光雷达的光束亮度问题，没成想往芯片里加功率的时候，意外看到了按规律排列的多种颜色光。

这种光就是“频率梳”，每种颜色都像一把独立的“梳子齿”，能单独传数据。

说实话，科学突破有时候就这么巧，本来奔着一个目标去，结果撞上了更大的惊喜。

以前弄这种频率梳可麻烦了，得用又大又贵的激光器和放大器，一般实验室都未必装得下。

但哥伦比亚大学的团队把这套复杂设备压缩到了一块芯片上，电气工程教授米哈尔・利普森说这是硅光子学的里程碑。

老实讲，现在数据中心天天处理海量数据，早就快扛不住了，这芯片说不定就是帮它“松口气”的关键。

研究团队一开始也头疼，他们想用多模激光二极管的大功率，但这激光器的光束太“乱”，就像没整理的电线，根本没法用在精密设备上。

更麻烦的是，芯片上的光路只有几微米宽，想把这种“乱光”塞进去，难度不亚于把大象塞进冰箱。

前博士后安德烈斯・吉尔-莫利纳想出了办法，他们用“锁定机制”把这“乱光”捋顺了。

简单说就是靠硅光子学重新塑造激光输出，让原本嘈杂的光源变得干净又稳定。

等光被净化后，芯片的非线性特性就开始发力，把一束光拆成数十种均匀的颜色，频率梳就这么成了。

这里得提一嘴硅的优势，它不光透明，还有强非线性光学效应。

当高功率光脉冲在硅波导里跑的时候，会产生各种特殊现象，这些正是生成频率梳的基础。

很显然，硅这种早就被半导体行业用熟的材料，在光子学领域又帮了大忙。

这芯片不光技术上厉害，还能革新波分复用技术。

可能有人没听过这技术，其实1990年代互联网能变成全球高速网络，靠的就是它，让不同波长的光在一根光纤里并行传输。

但现在很多数据中心还在用单波长激光，就像一条道上只跑一辆车，效率低得很。

现在AI训练特别吃数据，处理器和内存之间传数据的速度，早就成了瓶颈。

传统的电子连线就像小水管，根本跟不上大数据的“水流”。

光学互连本来是好选择，但以前的光学设备又贵又复杂，没法大规模用。

吉尔-莫利纳说，数据中心现在特别需要多波长的高效光源，他们的芯片正好能满足，用一个紧凑设备取代整个激光器机架。

这就像把单车道改成多车道，不光省钱省空间，数据传输速度还能翻好几倍。

除了数据中心，这芯片在其他领域也有用武之地。

比如量子技术，频率梳能产生纠缠光子对，以前的量子光源又大又笨重，有了这芯片，便携式量子设备就有了希望。

还有激光雷达，自动驾驶和机器人都需要高精度测距，这芯片能提供多波长相干光源，成本还能降不少。

不过从实验室到量产，还有不少坎要跨。

首先是制造工艺，这芯片对精度要求极高，波导几何结构、材料纯度都得严把关，差一点就没法用。

然后是系统集成，一个完整的光通信系统，不光需要光源，还得有调制器、探测器，想把这些都集成到一块芯片上，还得花不少功夫。

散热也是个大问题，高功率激光会让芯片发热，而频率梳对温度特别敏感，一热就不稳定。

无奈之下，工程师们还得设计精密的热管理系统，比如液冷或者微通道散热，这些都得慢慢优化。

好在产业界已经开始行动了，不少光子学公司在评估这技术的潜力，数据中心运营商也在关注它能省多少成本。

根据市场预测，硅光子学市场未来几年会快速增长。

毫无疑问，这枚“彩虹芯片”不算什么颠覆性发明，但它确实给信息技术指了个新方向，从电子时代慢慢转向光子时代。

科学研究有时候就是这样，一个不经意的意外发现，再加上工程师们的巧思，就能慢慢改变咱们的生活。

说不定再过几年，咱们用AI、刷直播的时候，背后就是这小小的硅芯片在默默发力。

来源：侃易叨