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美國馬里蘭大學研究團隊研制出一種新型光子芯片。這種光子器件可將單色激光光源被動轉換為紅、綠、藍三色光，無需任何主動控制或反復優化即可穩定工作。這一突破技術為研究量子計算、高精度頻率測量及光學計量提供了新工具。相關成果發表于新一期《科學》雜志。

傳統光子器件雖可捕捉和操控光子，實現光子流的分離、引導、放大和干涉，但功能有限且難以批量穩定生產。與普通棱鏡只分解光色不同，芯片如果能直接產生輸入光中原本不存在的新頻率，不僅節省額外激光器占用的空間和能量，還能產生目前尚不存在的光頻率。

實現這一功能依賴特殊的非線性光－物質相互作用。但非線性效應非常微弱，為增強效果，科學家使用光子諧振器讓光在芯片中循環多次，弱效應疊加即可形成明顯效果。不過，單一諧振器生成多種頻率仍存在局限。

此前，團隊提出使用微小諧振器陣列協同工作的方法，通過數百個微環組成的陣列放大非線性效應，引導光沿邊緣傳播，并可將脈沖激光轉化為多頻率光。在最新研究中，團隊發現陣列本身就能提高頻率轉換的成功率，無需主動調節。實驗顯示，6塊同一晶圓上的芯片在輸入標準190THz激光后，均產生二、三、四次諧波光，對應紅、綠、藍三色光。而3塊單環芯片即便使用嵌入式加熱器，也僅一塊在有限條件下產生二次諧波。

團隊表示，陣列中小環和“超環”之間的不同循環速度，使光在芯片中更容易滿足轉換條件，相當于被動實現匹配。隨著輸入光強度增加，芯片還能生成更多頻率光，類似此前的多頻率光效果。

這一方法對光學計量、頻率轉換和非線性光學計算中等領域具有廣泛影響，無需主動調節即可高效工作，為芯片光源的多功能、批量化應用提供了新思路。