#科学家意外发明彩虹芯片# 【能产生多色激光 可降低AI能耗 科学家意外发明“彩虹芯片”】#彩色频率梳# 据美国趣味科学网站10月19日报道，一种能产生多色激光束的新型光子芯片或将大幅提升数据中心技术，缓解人工智能(AI)数据需求激增带来的压力。
一次实验室意外让工程师研制出一款能发射彩虹般强大激光束的芯片，它可以帮助数据中心更好地应对人工智能数据量的爆发式增长。
这款新型光子芯片包含一个工业级激光源，该激光源与一个精密设计的光学电路耦合。该电路在将激光分割成多个等间距色带前，会先对激光进行整形与稳定处理。
由于每个色带代表一个能承载独立数据流的光学频率，这项技术将使数据中心传输信息的速度远超光纤等现有光学网络且能效更高。现有网络使用单波长激光脉冲传输数据。
要想产生这种彩虹效应(被称为“频率梳”)，通常需要庞大且昂贵的激光器与放大器。但研究人员在改进激光雷达技术时，意外发现了一种能将这种强大光子技术集成到微型芯片中的方法。
激光雷达通过计算激光脉冲抵达物体并返回所需的时间来测量距离。当研究团队试图研制能捕获更远距离细节数据的更强大激光器时，他们注意到芯片会将激光分割成多种颜色。
频率梳是一种由多种等间距分布于光谱的颜色(即频率)组成的激光。在光谱图上，这些频率会呈现为类似梳齿的尖刺。
每个“梳齿”的尖端代表一个稳定且精确定义的波长，能独立承载信息。由于这些波长在频率和相位上均被锁定(即尖端保持完全对齐)，它们彼此不会产生干扰。这使得多个数据流能够并行通过单一光学通道，如光缆。
在偶然发现该效应后，科学家随后设计出可主动且可控地复现该现象的方法。他们还将该技术集成到硅芯片中，让光在仅有微米级宽度的波导中传输。1微米等于千分之一毫米，约为人类头发丝直径的百分之一。
研究团队10月7日在英国期刊《自然-光子学》上发表了这项成果。研究人员说，在人工智能给数据中心基础设施带来越来越大资源压力的当下，这一突破尤为重要。
论文共同作者、埃克斯卡佩光子公司首席工程师安德烈斯·吉尔-莫利纳说：“数据中心带来了对包含多个波长的、强大且高效的光源的巨大需求。我们开发的技术使用了非常强大的激光器，将其转化为芯片上数十个洁净的高能通道。这意味着可用单个紧凑设备取代多个独立激光器机架，从而降低成本，节省空间，为构建更快速、更高能效的系统开辟道路。”
为在芯片上制造频率梳，研究人员需找到能压缩至紧凑光子电路中的高功率激光器。他们最终选择了广泛应用于医疗设备和激光切割工具的多模激光二极管。
研究人员在论文中说，多模激光二极管虽能产生强激光束，但这种光束“杂乱无序”，因此需要找到提纯和稳定激光的方法。
他们通过名为自注入锁定的技术实现了这一目标。该技术是指在芯片中集成谐振器，将少量光线反馈回激光器。此举可过滤并稳定光线，最终获得既强效又高度稳定的激光束。
待激光束稳定后，芯片将其分割成彩色频率梳。科学家补充说，最终成品是一款小巧但高效的光子器件，兼具工业激光器的功率与数据传输及传感应用所需的精度。
除数据中心外，该芯片还有望用于便携式光谱仪、超高精度光学时钟、紧凑型量子设备，甚至先进激光雷达系统。
吉尔-莫利纳说：“这关乎如何将实验室级光源融入现实设备。如果能做到足够强效、节能且微型化，那就能将其部署到几乎任何地方。”（编译/卿松竹）
