陳根：新型片上移頻器，高效改變光子頻率_風聞

文|陳根

從經典光學到近代光學，再到現代光學，光學作為一門誕生了幾百年的古老科學，一定程度上表徵着人類社會的文明進程。隨着人類逐步邁入光子時代**，光子學的發展和光子技術的廣泛應用對人類生活產生了巨大影響。**

光量子，簡稱光子（photon），是傳遞電磁相互作用的基本粒子，也是一種規範玻色子。量子電動力學成立後，確認光子是傳遞電磁相互作用的媒介粒子。帶電粒子通過發射或吸收光子而相互作用，正反帶電粒子對可湮沒轉化為光子。

精確控制和改變光子屬性的能力，包括偏振、空間位置和到達時間，催生了今天廣泛使用的通信技術。隨着技術的不斷前進，下一代光子技術，如光子網絡、量子計算機，將需要對光子的屬性進行更多的控制。

控制光子屬性，難以實現的一項是改變****是光子顏色（或稱頻率），因為改變光子的頻率意味着需要改變其能量。目前，大多數移頻器要麼效率太低，在轉換過程中損失了大量的光；要麼不能轉換千兆赫茲範圍內的光，應用有所限制。

針對這一問題，近日，來自哈佛大學約翰-A-保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員開發出一款高效的片上移頻器。其不僅容易操作，還可以在千兆赫茲頻率範圍內轉換光。

基於等離子體技術，研究人員在鈮酸鋰薄膜上蝕刻了耦合環形共振器和波導。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構。輸入的光以一種顏色進入，另一種顏色出現。這個裝置提供高達28千兆赫的頻率偏移，效率約為90%。

第二個裝置使用三個耦合的諧振器：一個小的環形諧振器、一個長的橢圓形諧振器，加上一個長方形的諧振器。當光線圍繞諧振器加速時，其能夠串聯成不斷上升的頻率，實現高達120千兆赫的轉變。

未來，該技術有望以高效、可擴展的方式處理頻域信息，從而大大降低大規模光子電路的費用和資源要求。