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研究人员可利用低功率激光开发光计算新平台

理论上,光计算可以应用更大的带宽,同时减少能量的损耗。为推动这一领域的研究,哈佛大学韦斯研究所、匹兹堡大学、以及麦克马斯特大学的一支研究团队,合作开发了有望实现光计算的新平台。顾名思义,光计算使用激光或二极管产生的光子进行计算。这项技术的基础,依赖于控制这些光子束的能力。

传统方法是使用能够根据光的强度,改变其折射率的非线性材料,以产生“波导”(Waveguide)。

然而这种方法的缺点,就是当今大多数非线性材料都会发生永久形变,且这一过程需要来自高功率激光器的集中能量束,导致设备需求异常昂贵。

好消息是,Wyss Institute 团队的工作,似乎解决了这些问题。因为研究人员开发了一种新材料,可利用低功率激光,在水凝胶中可逆的溶胀和收缩,来改变非线性材料的折射率。

具体而言,水凝胶由聚合物网络和少量的光响应螺吡喃(Spiropyran)分子组成,结合起来就能够让暴露在光束中的材料收缩。

收缩会改变聚合物的密度和材料的折射率,让人印象深刻的是,在关闭光源后,凝胶会发生逆转、并返回初始状态。

通过这种方式,研究人员得以将多个光束串联照射在材料上。光束之间会互相干扰,甚至可能互相抵消。

这种相互作用为光学计算创造了一个潜在的组成部分 —— 光逻辑门。论文合著者、来自 Saravanamuttu 实验室的 Derek Morim 表示:

利用这一过程,我们不仅可以设计光响应材料,在有光的情况下可逆地切换其光化学和物理特性,还能够创建并引导光通道或自陷束。

另一合著者、SEAS 材料科学教授 Amy Smith Berylson 表示:

在弱强度下控制光的能力,预示着一项技术革命。这种可以自我调节、自适应的材料,能够优化其对环境的响应特性,以取代静态、低能耗、可在外部调节的类似物。

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