【大紀元2011年05月22日訊】（大紀元記者曾嘉連、黃凱熙編譯報導）德國光學專家最近提出一項全新的光學晶體設計研究理論，表示可利用光脈衝來控制修正另一種光脈衝，以進行光學運算。此光學晶體設計法若成功，未來可能取代現行的電晶體，以光子來進行數位運算。此設計理念也一直是物理學家，多年來企圖尋求並應用於光學運算程序上的最大挑戰。
據科學網站《PhysOrg.com》報導，德國柏林魏爾斯特拉斯應用分析和隨機研究所（Weierstrass Institute for Applied Analysis and Stochastics）以及馬克斯玻恩研究所（Max Born Institute）的研究員，在最近一期《物理評論快報》（Physical Review Letters）刊登了他們的研究成果。這個光晶體設計研究成果，是第一個符合「全光學晶體（all-optical transistor）標準」的光晶體設計理論；「光晶體設計標準」是D.A.B. Miller昔日在《自然光子學》（Nature Photonics）上，所發表羅列的光晶體設計條件。
研究員表示：「我們希望把一訊號脈衝的強度，傳遞轉換至另一個脈衝。一般較呆板的做法是改變光纖的特性，而較為巧妙的『全光學轉換』方法，則是利用一個外加的脈衝，即控制脈衝，來改變原來的訊號脈衝的強度和方向，構成一個『光學迴路』。」
科學家解釋，當光脈衝互相碰撞，通常不會發生太大轉變。因此，控制脈衝的光束範圍必須比較大，也比較微弱，才能對訊號脈衝造成影響。
科學家解釋這個新研究方法，是利用較弱的分散脈衝來控制較強的訊號脈衝，分散的控制脈衝比訊號脈衝弱七倍。在這個新概念中，兩種脈衝會在非線性的媒介中，以不同頻率但幾乎完全相同的速度，向同一方向行進，如果其中一種脈衝能從後趕上另一個，兩股脈衝便可產生上述的交互作用。
從控制脈衝的角度看，訊號脈衝就像是一道光學視界（optical event horizon），如同白洞一樣劃定了一個外物無法進入的邊界。而在此新研究概念中，控制脈衝與訊號脈衝會暫時鎖在同一個光學視界中一段時間，讓控制脈衝修改訊號脈衝的特性。例如，控制脈衝能改變訊號脈衝的強度、頻率、速度或形狀，控制脈衝可有效地轉換訊號脈衝，成為光學晶體的一部份。
研究人員在研究報告中指出：「簡言之，如果訊號脈衝受到控制脈衝的視界（event horizon）影響，訊號脈衝與控制脈衝的能量可互相交換。無論兩種光脈衝可能產生何種視界，只要兩股脈衝速度非常接近時，便會互相交換能量。」
控制脈衝也可以重複轉換訊號脈衝的能量，令研究理論變得切實可行。研究小組表示：「全光學轉換最重要的一點，是可以利用幾股控制脈衝，多次的轉換訊號脈的能量，使訊號脈衝的能量增強或減弱。這即是訊號脈衝，可成為全光學迴路的關鍵元素。」
這個新穎的概念，有助克服設計全光學晶體時，所面對的一些困難，尤其是能克服光晶體沒有並聯與扇出（Fan-out）能力的困難。此設計法的強大脈衝，不會擴散或分解成不同脈衝，所以輸出的脈衝可在下一次轉換程序中，成為輸入脈衝，令光脈衝能量的轉換動作，能循環串接起來。此外，這個新的光學晶體設計概念，具有晶體的扇出能力，意即晶體可負荷多個輸入訊號。
過去研究光學晶體設計，多無法克服晶體分層串聯的問題。因此，這項切實可行的新研發概念，是光學晶體設計的重大進展。
因為光子的傳輸速度比電子快，因此光晶體的轉換速度，將比現行的電晶體快得多。這也意味著光晶體研發成功後，未來可能取代電晶體進行數位運算，屆時人類的數位科技，將邁入另一個嶄新的時代。
