过去几十年，在利用光开展科学和工业应用方面，研究人员进展迅速，对能可靠产生和操控光的交钥匙技术需求形成巨大市场。其中，制造集成到芯片上的紧凑型光源，尤其是能将一种颜色激光转换成多种颜色的芯片，对构建量子计算机及进行精确测量意义重大。

2025年11月6日，JQI研究人员在《科学》杂志发表成果，他们设计并测试的新型芯片，能可靠地将一种颜色光转换为三种不同色调，且无需主动输入或繁琐优化，较以往方法改进显著。这些新型芯片属于光子器件，可控制单个光子，能分离、路由、放大和干涉光子流。

制造这类芯片面临诸多挑战。产生新光频率需特殊非线性相互作用，但这种相互作用通常微弱。而且，设计光子芯片要满足频率相位匹配条件，即非线性谐振器要同时支持原始频率和倍频后频率，且光子在谐振器内循环速度要相同。然而，芯片间纳米级差异会破坏这些精细参数，使设计难以用于大规模生产。

此次新研究中，徐、梅赫拉巴德及其同事发现，先前使用的谐振器阵列能以被动方式提高满足频率 - 相位匹配条件的概率。他们测试同一晶圆上制造的六种不同芯片，向其发射标准频率为190THz的激光，发现每颗芯片都产生了二次、三次和四次谐波，对应红光、绿光和蓝光。而三种单环器件，即便加入嵌入式加热器主动补偿，也只在一种器件中观察到二次谐波产生，且范围较窄。相比之下，双时间尺度谐振器阵列无需主动补偿，在相对较宽输入频率范围内工作。

作者指出，该框架可能对集成光子学已应用的计量学、频率转换和非线性光学计算等领域产生广泛影响，以被动方式缓解了长期存在的对准问题。

更多信息： Mahmoud Jalali Mehrabad 等人，《用于高产率非线性光子学的多时间尺度频率相位匹配》，《科学》(2025)。期刊信息： 科学