光子集成電路是下一個重要的技術浪潮。這些精細的微芯片有可能大幅降低成本，加強電子設備在廣泛的應用行業（包含汽車技術、通信、醫療保健、數據存儲和人工智能計算）中的速度和效率。光子電路運用光子（光的基本粒子）來移動、存儲和拜訪信息，這與傳統電子電路運用電子來達到這一目的的方式基本相同。光子芯片日前已然在先進的光纖通信系統中運用，并且正在研發用于在廣泛的近期技術中實施，包含用于自動駕駛汽車的光探測和測距或激光雷達、用于醫療設備的基于光的傳感器、5G和6G通信網絡、以及光學和量子計算。鑒于光子集成電路的現有和將來用途廣泛，得到能夠制造芯片設計的設備以用于學習、科研和工業應用亦很重要。然而，今天的納米制造設備耗資數百萬美元建造，遠遠超出了許多學院、大學和科研實驗室的能力范圍。針對哪些能夠運用納米制造設備的人來講，最少必須預留一天的時間用于制造這些微芯片的嚴格而耗時的光刻工藝。另外，倘若設計顯現錯誤，或芯片因其他原由沒法正常工作，則必須丟棄有故障的電路，調節設計并制造新的芯片。這一般會引起在潔凈室中花費數天乃至幾周的時間。但正如《科學發展》（Science Advances）的一篇新論文所述，華盛頓大學領導的一個科研小組已然設計出一種辦法，能夠繞過昂貴的納米制造設備，在幾乎任何地區生產光子集成電路。
運用一種快速，低成本的設備來打印和重新配置光子集成電路（微芯片），其體積與傳統桌面激光打印機差不多。該團隊研發了一種創新辦法，經過激光寫入器將這些電路寫入、擦除和修改成相變材料薄膜，類似于用于可記錄CD和DVD的材料。這種新工藝準許在納米制造實驗室花費的時間的一小部分內構建和重新配置光子集成電路。這支多所大學構成的團隊由華盛頓大學電氣與計算機工程和理學學教授Mo Li領導，他是該系的科研副主席，納米工程系統科研所的成員，亦是這篇論文的資深作者。Li暗示：“光子技術即將到來，因此呢，咱們需要在這個行業培訓或教育咱們的學生。然則，針對學生來講，學習和實踐光子電路，日前，她們需要運用價值數百萬美元的設備。這項新技術處理了這個問題。運用咱們的辦法，以前必須在昂貴且難以進入的設備中制造的光子電路現在能夠在實驗室、教室乃至車庫車間經過快速、低成本的設備進行打印和重新配置，該設備的體積與傳統的臺式激光打印機類似。”
對學生、科研人員和行業的益處
學生并不是獨一受益于這種制造光子集成電路新辦法的人。針對科研人員來講，這一進步將使原型制作和測試新想法的周轉時間大大加快，從而節省在納米制造設備中預訂寶貴時間。針對工業應用而言，這種生產光子集成電路的辦法的一大優良是可重構性。例如，機構可能運用這種技術在數據中心創建可重構的光學連接，尤其是在支持人工智能和設備學習的系統中，這將引起成本節約和生產效率的加強。Li的科研團隊包含華盛頓大學電子與計算機工程科研生Changming Wu，他是這篇論文的第1作者，并與Li一塊提出了這種構建光子集成電路的新辦法。華盛頓大學電子與計算機工程科研生Haoqin Deng亦為此做出貢獻。她們的科研是華盛頓大學六年科研的最新成果，其中包含光學計算的進步。這亦是與馬里蘭大學Ichiro Takeuchi教授、Carlos A. Ríos Ocampo教授及其學生富有成效合作的延續。
Wu說：“能夠僅用一步就寫出一個完整的光子電路，而不需要繁雜的制造過程，這真的很令人興奮。況且，咱們能夠在自己的實驗室中對電路的任何部分進行任何修改，并重新編寫和重做，這一事實令人驚嘆。”“這是幾分鐘與一整天過程的問題。能夠在幾分鐘內完成全部制造過程，而不是一般需要幾天乃至1星期的時間，這讓人松了一口氣。”加強性能，構建商用設備
該團隊研發的辦法已被證明是有效的，但它仍然是一個初期概念。然而，Li已然提交了臨時專利申請，他正在計劃為光子集成電路建造一個臺式激光打印機。這種打印機能夠以包袱得起的價格出售，并廣泛分發給世界各地的科研實驗室和教育公司。他還與行業領導者合作，以促進這項新技術在可編程光子芯片和可重構光學網絡中的可能應用。這種用于光子芯片的激光打印機將運用一種分級系統，該系統將以比傳統臺式打印機更精確的方式移動基板。該團隊在構建原型時將尋求優化其性能的辦法。她們還將經過進一步科研材料科學和激光寫入技術，致力于減少她們運用的相變材料中的光學損失。這將使打印機能夠生產比日前更仔細和繁雜的電路。Li暗示，他和他的科研團隊對將來充滿期盼，感到非常高興。Li教授說：“這項技術能夠創造你想要的光子電路，但它亦能夠添加到現有的電子電路中。況且因為它是可重新配置和可重復運用的，它為學生、科研人員和行業開辟了許多可能性。最讓我興奮的是，咱們將有可能在向更廣泛的科研界傳播這種新工具和技術方面對光子學行業產生巨大影響。”關聯鏈接：https://phys.org/news/2024-02-team-laser-printer-photonic-chips.html
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