近日，哥伦比亚大学Michal Lipson团队在《Nature Photonics》发表了最新研究，成功在硅光子芯片上实现高功率“频率梳”(frequency comb)光源。该技术能以单一激光同时产生数十种波长光线，取代传统需要多颗激光的光模块设计，为人工智能(AI)与数据中心的高速光通信带来新突破。

01. 高功率激光“净化”出多波长光源

目前硅光子芯片虽然能够整合光波导、调变器与探测器(例如现行的CPO架构)，但仍需依赖外部激光供光，而且需要不同的波长，Lipson团队此次研究的关键在于，能在芯片上直接生成稳定的多波长光源。

研究人员选用多模激光二极管(multimode laser diode)作为高功率光源，虽然这类激光亮度极高，但输出光线通常较为杂乱。团队因此设计出一种“锁定机制”(locking mechanism)，让输出的光束变得更稳定、纯净，并通过硅光子结构重新塑形，使光线具备更高的稳定性与相干性(high coherence)。

经过“净化”后，芯片内的非线性光学效应会进一步将单一道强光分裂成多个间距均匀的波长，形成所谓的“频率梳”结构。最终成果是一个兼具高功率与高稳定性的微型光源，只需一颗激光即可输出多通道光线，体积更小、效率更高。

02. 为数据中心与AI光互联铺路

随着人工智能与高速运算推升数据中心的电力需求，光互联(optical interconnect)正成为降低功耗与提升传输速度的关键。过去一个光模块往往需要十多颗激光，导致成本高、散热负担重。Lipson团队的新设计能以单一芯片取代整排激光模块，未来可应用于CPO(Co-Packaged Optics)封装与服务器光通讯模块的小型化。

研究团队指出，这项技术除了能应用于数据中心，也可推动光谱仪、量子传感与LiDAR等新型光学设备发展。随着硅光子技术进一步整合光源、传输与运算功能，产业正朝向更高能效、更高整合度的新阶段迈进。