開發(fā)光子集成電路（PIC）是一項(xiàng)高成本且耗時(shí)的過程。其納米加工設(shè)施的建造成本高達(dá)數(shù)百萬美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了許多高校和研究實(shí)驗(yàn)室的承受能力。

即便擁有納米加工設(shè)施，仍需要耗費(fèi)一定的時(shí)間來完成制造這些微型芯片所需要的嚴(yán)苛光刻工藝。此外，如果設(shè)計(jì)出錯(cuò)，或者芯片由于其他原因無法正常工作，就必須丟棄有問題的光子集成電路，調(diào)整設(shè)計(jì)并制造新的芯片。這往往需要在無塵室中耗費(fèi)數(shù)天甚至數(shù)周的時(shí)間。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國華盛頓大學(xué)（University of Washington）的研究人員開發(fā)出了一種幾乎可以在任何地方制造光子集成電路的方法。這種技術(shù)類似刻錄CD和DVD，可以通過激光寫入器在相變材料薄膜中寫入、擦除并修改光子集成電路。該工藝只需在納米制造實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)很短的時(shí)間就能構(gòu)建并重新配置光子集成電路。

直接寫入并可重寫相變光子集成電路

該論文第一作者、華盛頓大學(xué)研究生Changming Wu說：“我們將之前需要耗費(fèi)一整天的過程，縮短到只需要幾分鐘。”

由華盛頓大學(xué)物理學(xué)教授Mo Li領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出了一種方法，利用與傳統(tǒng)臺(tái)式激光打印機(jī)差不多大小的快速、低成本設(shè)備打印并重新配置了光子集成電路。研究人員通過構(gòu)建用于可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的光互連結(jié)構(gòu)、用于光計(jì)算的光子存儲(chǔ)交叉陣列以及用于光信號(hào)處理的可調(diào)光濾波器，展示了這種激光打印機(jī)的多功能性。

直接寫入光子元件及其表征

利用這種新方法，以前必須在高成本且難獲得的納米加工設(shè)施中制造的光子集成電路，現(xiàn)在可以在實(shí)驗(yàn)室、教室甚至車間中，通過傳統(tǒng)臺(tái)式激光打印機(jī)差不多大小的快速、低成本設(shè)備進(jìn)行打印和重新配置。

對于研究人員來說，這一進(jìn)步將大大縮短原型制作和測試新想法的周期，并節(jié)省在納米加工設(shè)施上耗費(fèi)的寶貴時(shí)間。對于工業(yè)應(yīng)用而言，這種生產(chǎn)光子集成電路方法的重要優(yōu)勢之一，是可重新配置。例如，廠商有可能利用這種技術(shù)在數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建可重新配置的光連接，特別是對于支持人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，這將節(jié)省成本并提高生產(chǎn)效率。

雖然該打印機(jī)已經(jīng)展示了其多功能性，但仍處于早期開發(fā)階段。不過，Li教授已經(jīng)提交了一份臨時(shí)專利申請，并正計(jì)劃制造一種用于光子集成電路的臺(tái)式激光寫入器。

利用激光寫入器制作的可編程光子開關(guān)陣列和存儲(chǔ)交叉陣列

該團(tuán)隊(duì)將在制作原型的過程中進(jìn)一步優(yōu)化其性能。他們還將通過研究材料科學(xué)和激光寫入技術(shù)，努力減少相變材料的光學(xué)損耗。這將使打印機(jī)能夠生產(chǎn)出比目前更精細(xì)、更復(fù)雜的電路。

Li教授希望這種打印機(jī)能以合理的價(jià)格出售，并廣泛分銷給世界各地的研究實(shí)驗(yàn)室和教育機(jī)構(gòu)。他還正在與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商接觸，以促進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)在可編程光子芯片和可重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)中的可能應(yīng)用。

審核編輯：劉清