新型全光开关可提高计算机处理器速度

由于电子开关的局限性，传统的计算机处理器几乎已经达到了它们的“时钟速度”（衡量它们可以打开和关闭的速度的指标）。希望改进计算机处理器的科学家已经对全光开关的潜力产生了兴趣，全光开关使用光而不是电来控制数据在芯片上的处理和存储方式。

美国能源部（DOE）阿贡国家实验室和普渡大学的研究人员最近创造了一种新型的全光开关，可以实现这一潜力。

可调开关动态的基本原理

该研究成果以“用快速和慢速材料工程全光开关的时间动力学”为标题发表在《自然通讯》上。

Argonne的Soham Saha说：“以前的光开关迭代具有固定的开关时间，这些时间在制造时被'烘焙'到设备中”。他是该实验室的Maria Goeppert Mayer博士后研究员之一，他在Argonne纳米材料中心工作，这是DOE科学办公室的科研设施。

Saha和他的同事们用两种不同的材料制作了一种光学开关，每种材料都有不同的开关时间。一种材料，铝掺杂氧化锌，在皮秒范围内的开关时间，而另一种材料，等离子体氮化钛，在纳秒范围内的开关时间慢一百多倍。

Saha说：“当你使用光学元件而不是电子电路时，没有电阻电容延迟，这意味着，从理论上讲，你可以比传统的计算机芯片快一千倍地运行这些芯片”。

Saha表示，两个金属部件之间的切换时间差异意味着开关可以更加灵活，在有效存储数据的同时快速传输数据。他说：“开关的双金属性质意味着它可以用于多种用途，具体取决于您使用的光的波长。当您想要较慢的应用程序（例如内存存储）时，您可以使用一种材料进行切换;对于更快的应用程序，您可以使用另一个进行切换。这种能力是新的。”

在实验配置中，开关的材料用作光吸收器或反射器，具体取决于工作波长。当它们被光束打开时，它们会切换状态。

控制全光开关的速度对于优化其在各种应用中的性能至关重要。这些发现为在增强型光纤通信、光计算和超快科学等领域开发高度适应性和高效开关提供了希望。

调整开关速度的能力也使我们更接近于弥合光学和电子通信之间的差距，从而实现更快、更高效的数据传输。

这项研究为全光开关的基本理解提供了宝贵的见解，并为计算和通信先进设备的设计铺平了道路。

审核编辑：汤梓红