摘要：迄今为止，用于路由光信号的光子开关一直受制于尺寸与速度之间的基本权衡：更大的开关可以处理更高的速度和更多的数据，但同时也会消耗更多的能量、占用更多的物理空间并增加成本。

微小的85 x 85 µm开关能在万亿分之一秒内重新定向光信号

迄今为止，用于路由光信号的光子开关一直受制于尺寸与速度之间的基本权衡：更大的开关可以处理更高的速度和更多的数据，但同时也会消耗更多的能量、占用更多的物理空间并增加成本。

宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员在Nature Photonics上发表了一篇新论文，其中描述了一种新型光子开关，它克服了尺寸与速度之间的权衡。这一开关的尺寸仅为85 x 85 µms，其单元比一粒盐还小，却能以万亿分之一秒的速度重新定向信号。

通过在纳米尺度上操纵光，这一开关可以加快光纤上的数据传输。材料科学与工程系（MSE）和电气与系统工程系（ESE）教授、论文的资深作者Liang Feng表示：“这有望加速从流媒体电影到人工智能训练的所有环节。”

这一开关是一种混合器件，底部是硅层，顶部是提供光学增益的InGaAsP层。通过调整顶层的增益电平，垂直耦合波导可在低于或高于奇异点的位置工作，其中光在两层之间、不同输入输出端口之间切换。对于单个开关单元而言，开关动态约为100 ps。

事实证明，将两层连接在一起具有挑战性，需要多次尝试才能制作出工作原型。Liang Feng表示：“这就像制作三明治。只不过，在这种情况下，如果其中任何一层出现哪怕是微小程度的错位，三明治都将完全无法食用。”这一对齐需要纳米级的精度。

这一开关依赖于非厄米物理学，这是量子力学的一个分支，用于探索某些系统如何以不寻常的方式运行，从而使研究人员能够更好地控制光的行为。

研究人员表示，最终，这一新型开关不仅将造福于学术物理学家，使他们现在可以进一步探索这一开关所依赖的非厄米物理学，还将造福于维护和建设数据中心的公司，以及依赖于这些数据中心的数十亿用户。

这项研究是在宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院进行的，得到了美国陆军研究办公室、海军研究办公室和国家科学基金会的支持。

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来源：CSC化合物半导体