科学家们研发出世界首款可编程非线性光子波导，能在单一芯片上切换光学功能。

在光子学领域的一项突破性进展中，科学家们创造了世界上首款可编程非线性光子波导，这种设备能够在单一芯片上实现多种光学功能之间的切换。

这项创新颠覆了光学领域一个长期存在的、被称为"一个设备，一种功能"的范式规则，该规则一直限制着基于光的技术的设计和扩展方式。

该设备由NTT研究所、康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员共同开发，为光学与量子计算、通信以及可调谐光源领域开启了新篇章。

"这些成果标志着我们脱离了非线性光学的传统范式，在传统范式中，设备功能在制造过程中就被永久固定了，"NTT研究所的科学家谷本亮竜表示，他在康奈尔大学副教授彼得·L·麦克马洪的指导下领导了这项研究。"这将非线性光子学的应用扩展到了那些设备快速可重构性和高良品率不仅仅是便利，而是至关重要的场景。"

重新定义光子灵活性

传统上，光子设备只能执行在制造过程中定义的单一任务。每项新的光学功能都需要一个独立的设备，这推高了成本和复杂性，同时由于制造缺陷导致良品率降低。

新的可编程非线性波导改变了这一状况。它采用氮化硅核心构建，其光学特性可以通过将结构光图案投射到芯片上来动态改变。这些图案创建了可编程的光学非线性区域，从而即时定义设备从一种功能切换到另一种功能的具体操作。

当投射不同的光图案时，该设备可以在同一物理结构内执行一系列非线性光学任务。

利用这种方法，研究团队演示了任意脉冲整形、可调谐二次谐波产生、空间-光谱结构光的全息生成，以及非线性光学功能的实时逆向设计。

"这一突破从根本上改变了非线性光子设备的运作方式，"谷本亮竜说。"我们首次开辟了一条道路，将非线性光学应用于大规模光学电路、可重构量子频率转换、任意光学波形合成器以及广泛可调谐的经典和量子光源。"

影响广泛，潜力巨大

这项技术的影响可能远远超出实验室范围。IDTechEx的一份报告估计，到2035年，光子集成电路市场的年收入可能超过500亿美元，涵盖数据通信、电信、量子技术、传感器和激光雷达领域。

在制造后对光子设备进行编程的能力，可以显著降低研发和生产成本，同时提高制造良品率。

它还能通过减少所需组件的数量，使光学系统更加紧凑和节能。

这种灵活性可能会改变诸如量子计算等领域，在量子计算中，可编程量子光源和频率转换器可以增强计算和网络能力。

它还能通过为5G及未来6G系统提供可调谐光源来提升电信性能。

展望未来，研究人员看到了巨大的潜力。该团队计划探索如何将可编程非线性特性集成到更广泛的材料中，以及该技术如何发展以执行量子级功能。

随着NTT研究所的PHI实验室继续其融合物理学与信息学的使命，有一点是明确的：基于光的计算的未来刚刚变得无限灵活。

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