数年前，Michal Lipson实验室的研究人员观察到一项非凡现象。
当时他们正致力于改进LiDAR技术——这种利用光波测距的技术。实验室致力于设计能产生更亮光束的高功率芯片。
"当我们持续增大通过芯片的功率时，发现它正在生成所谓的频率梳，"Lipson实验室前博士后研究员Andres Gil-Molina表示。
频率梳是一种特殊的光源，其包含多种按有序模式排列的彩色光波，宛若彩虹。当数十种彩色光（即光频）明亮闪耀时，它们之间的间隙仍保持暗场状态。在光谱仪上观察时，这些明亮的光频会呈现为尖峰状图谱，犹如梳齿般排列。这种特性为同时传输数十路数据流创造了巨大机遇——由于不同颜色的光波互不干扰，每根"梳齿"都能作为独立信道传输信息。
目前要产生强频率梳仍需依赖庞大昂贵的激光器与放大器。在最新发表于《Nature Photonics》的研究中（High-power electrically pumped microcombs，DOI：10.1038/s41566-025-01769-z），电子工程系Eugene Higgins讲席教授、应用物理学教授Lipson与合作团队演示了如何在单一芯片上实现同等功能。
"数据中心对包含多波长的高效强光源产生了巨大需求，"现任Xscape Photonics首席工程师的Gil-Molina指出，"我们研发的技术能将高功率激光器转化为数十个集成在芯片上的洁净高功率信道。这意味着可用单一紧凑设备取代整机架的独立激光器，显著降低成本与空间占用，为构建更快速、更节能的系统开辟了新路径。"
"这项研究标志着我们在推进硅光子学使命中又迈出重要一步，"Lipson强调，"随着该技术在关键基础设施和日常生活中日益重要，此类进步对确保数据中心实现极致效率至关重要。"
净化混沌光束
这一突破始于一个简单的问题：我们能在芯片上集成多大功率的激光器？
研究团队选择了一种广泛应用于医疗设备和激光切割工具的多模激光二极管。这类激光器能产生极强的光输出，但其光束过于"混沌"，难以应用于精密场景。
要将这种激光器集成到光路宽度仅数微米（甚至数百纳米）的硅光芯片中，需要极其精密的工程设计。
"我们采用了一种锁定机制来净化这种强功率但高噪声的光源，"Gil-Molina解释道。该方法依托硅光技术重塑并净化激光输出，生成更纯净、更稳定的光束——这种特性被科学家称为高相干性。
净化后的光波将在芯片内触发非线性光学效应，将单一强光束分离成数十条等间距的彩色光谱——这正是频率梳的标志性特征。由此诞生的高效微型光源，兼具工业级激光器的原始功率与先进通信及传感所需的精准稳定性。
现实意义
这项突破的时机并非偶然。随着人工智能的爆炸式增长，数据中心内部基础设施（如处理器与存储器之间）正面临信息传输速度的极限挑战。目前最先进的数据中心虽已采用光纤链路传输数据，但多数仍依赖单波长激光器。
频率梳技术将彻底改变这一现状。通过同一根光纤可并行传输数十道数据流，取代传统单一光束承载单一数据流的模式。这正是波分复用技术的基础原理——这项曾在1990年代末将互联网推向全球高速网络的关键技术。
应用前景
通过将高功率多波长频率梳微型化至可直接集成于芯片，Lipson团队使现代计算系统最紧凑、成本最敏感的部分也具备了这项能力。除数据中心外，该芯片还可用于便携式光谱仪、超高精度光学原子钟、紧凑型量子设备乃至先进激光雷达系统。
"这项突破意味着将实验室级光源融入现实设备，"Gil-Molina强调，"若能实现足够的功率、效率与微型化，几乎可将其部署至任意场景。"
