由于電子開關的局限性，傳統的計算機處理器幾乎已經達到了它們的“時鐘速度”（衡量它們可以打開和關閉的速度的指標）。希望改進計算機處理器的科學家已經對全光開關的潛力產生了興趣，全光開關使用光而不是電來控制數據在芯片上的處理和存儲方式。

美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室和普渡大學的研究人員最近創造了一種新型的全光開關，可以實現這一潛力。

可調開關動態的基本原理

該研究成果以“用快速和慢速材料工程全光開關的時間動力學”為標題發表在《自然通訊》上。

Argonne的Soham Saha說：“以前的光開關迭代具有固定的開關時間，這些時間在制造時被'烘焙'到設備中”。他是該實驗室的Maria Goeppert Mayer博士后研究員之一，他在Argonne納米材料中心工作，這是DOE科學辦公室的科研設施。

Saha和他的同事們用兩種不同的材料制作了一種光學開關，每種材料都有不同的開關時間。一種材料，鋁摻雜氧化鋅，在皮秒范圍內的開關時間，而另一種材料，等離子體氮化鈦，在納秒范圍內的開關時間慢一百多倍。

Saha說：“當你使用光學元件而不是電子電路時，沒有電阻電容延遲，這意味著，從理論上講，你可以比傳統的計算機芯片快一千倍地運行這些芯片”。

Saha表示，兩個金屬部件之間的切換時間差異意味著開關可以更加靈活，在有效存儲數據的同時快速傳輸數據。他說：“開關的雙金屬性質意味著它可以用于多種用途，具體取決于您使用的光的波長。當您想要較慢的應用程序（例如內存存儲）時，您可以使用一種材料進行切換;對于更快的應用程序，您可以使用另一個進行切換。這種能力是新的。”

在實驗配置中，開關的材料用作光吸收器或反射器，具體取決于工作波長。當它們被光束打開時，它們會切換狀態。

控制全光開關的速度對于優化其在各種應用中的性能至關重要。這些發現為在增強型光纖通信、光計算和超快科學等領域開發高度適應性和高效開關提供了希望。

調整開關速度的能力也使我們更接近于彌合光學和電子通信之間的差距，從而實現更快、更高效的數據傳輸。

這項研究為全光開關的基本理解提供了寶貴的見解，并為計算和通信先進設備的設計鋪平了道路。

審核編輯：湯梓紅