有一种新的方法，可以控制光穿过硅的路径，有助于克服巨大的障碍，制成一种光学而不是电子的计算机电路。加州理工学院（Caltech）和加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）的研究人员已经迈出了一步，将会制成一种设备，可防止光信号反射回来，造成光学电路中的错误。

　　光反射器：光从左边进入金属硅波导，可自由流动（上）。光从右边进入，路径受到干扰。

　　来源：加州理工学院

　　芯片计算采用光，而不采用电子，结果可能不仅是更快，而且也比传统计算机更便宜，更节能。但要做到经济地生产，许多人认为，光子芯片必须用硅制备，而且要用已在使用的设备制造电子微芯片。

　　研究人员已经制成了硅光子电路的许多必要的元件，包括把信息编码转换为光束的超高速调制器，以及阅读这些光束的探测器。

　　但是，光线穿过硅的方式仍然是一个大问题。光不只是在一个方向传播，它四处反射，甚至向后反射，这在一个电路中是灾难性的。如果一种光学装置设计为接收两个输入，那么第三个输入就会被反射回来，这将导致错误。由于电路会变得更加复杂，导致错误的反射会淹没它。

　　加州理工学院和加州大学圣地亚哥分校的研究人员，已经开发出一种硅波导，可以使光的行为因传播方向而有所不同。加州理工学院电气工程教授阿克塞尔•舍雷尔（Axel Scherer）率领的研究人员，用狭长的硅条创造了一种波导，这种硅条大约800纳米宽，沿两侧有金属点，就像保险杠。光线沿着波导在一个方向自由传播，但是，当它沿相反的方向传播时，就会弯曲。

　　“这是一项重大突破，这一领域我们真的需要一些，”马林•索尔贾希斯（Marin Soljačić）说，他是麻省理工学院（MIT）物理学教授。索尔贾希斯没有参与这项工作。他说，这种组件的缺乏，“是唯一最大的障碍，阻碍着以类似电子的规模大规模集成光学电路。”

　　物理学家们一直在努力克服光线在硅中的不规范行为，这已经有很长一段时间了。这一新的设计是加利福尼亚州研究人员多年理论工作的结果，也包括索尔贾希斯，斯坦福大学（Stanford University,）的范珊辉（Shanhui Fan），以及其他人。此前，研究人员只能在磁性材料中使光线这样传播，这种磁性材料不能集成到硅电路，普维内利•米歇尔（Michelle Povinelli）说，他是南加州大学（University of Southern California）电气工程助理教授。

　　索尔贾希斯说，这种新的波导显得尤为重要，因为它的制备所用的方法是半导体产业所使用的。“这是非常重要的一步，可以带来大型光学集成，”他说。

　　加州理工学院研究员冯梁（Liang Feng）说，该小组目前正在研究设计一种全隔离器，使光线只能在一个方向传播，而不只是弯曲光线，这样光线会倾向于沿着错误方向传播。他说，目前的工作“仅仅是第一步。”

　　“现在，正在围绕这个基本发现进行工程设计，”柯壬•伯格曼（Keren Bergman）说，他是哥伦比亚大学（Columbia University）电气工程教授。伯格曼没有参与这项工作。

　　即使工程完成后，伯格曼说，硅光子学还有一个很大的迫在眉睫的问题：没有好办法制造硅光学处理器所需的光源。索尔贾希斯补充说，全光计算机还需要光存储器，这也没有制作出来。然而，目前的工作，克服了一直困扰工程师们的“最大的不确定性”，他说。“现在，有了这项研究，我感觉好多了。”