陈根：新型片上移频器，高效改变光子频率_风闻

文|陈根

从经典光学到近代光学，再到现代光学，光学作为一门诞生了几百年的古老科学，一定程度上表征着人类社会的文明进程。随着人类逐步迈入光子时代**，光子学的发展和光子技术的广泛应用对人类生活产生了巨大影响。**

光量子，简称光子（photon），是传递电磁相互作用的基本粒子，也是一种规范玻色子。量子电动力学成立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子。

精确控制和改变光子属性的能力，包括偏振、空间位置和到达时间，催生了今天广泛使用的通信技术。随着技术的不断前进，下一代光子技术，如光子网络、量子计算机，将需要对光子的属性进行更多的控制。

控制光子属性，难以实现的一项是改变****是光子颜色（或称频率），因为改变光子的频率意味着需要改变其能量。目前，大多数移频器要么效率太低，在转换过程中损失了大量的光；要么不能转换千兆赫兹范围内的光，应用有所限制。

针对这一问题，近日，来自哈佛大学约翰-A-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员开发出一款高效的片上移频器。其不仅容易操作，还可以在千兆赫兹频率范围内转换光。

基于等离子体技术，研究人员在铌酸锂薄膜上蚀刻了耦合环形共振器和波导。在第一个装置中，两个耦合谐振器形成了一个类似八字的结构。输入的光以一种颜色进入，另一种颜色出现。这个装置提供高达28千兆赫的频率偏移，效率约为90%。

第二个装置使用三个耦合的谐振器：一个小的环形谐振器、一个长的椭圆形谐振器，加上一个长方形的谐振器。当光线围绕谐振器加速时，其能够串联成不断上升的频率，实现高达120千兆赫的转变。

未来，该技术有望以高效、可扩展的方式处理频域信息，从而大大降低大规模光子电路的费用和资源要求。