彩虹晶片：下一代網路的加速引擎？

「這項研究標誌著我們在推進矽光子學方面的又一個里程碑。隨著這項技術日益成為關鍵基礎設施和我們日常生活的核心，這種進展對於確保數據中心盡可能高效至關重要。」—— Michal Lipson

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(光學頻率梳：打開高速數據傳輸的新視窗)

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光學頻率梳（Frequency Comb）是一種特殊的光源，它包含一系列等間隔的、精確定義的光的頻率。想像一下，一道彩虹，但不是連續的光譜，而是一系列整齊排列、亮度均勻的色線。這種獨特的光學特性讓頻率梳在科學研究和技術應用中扮演著越來越重要的角色，尤其是在需要精確測量和控制光的領域。

傳統上，產生高功率的頻率梳需要龐大而昂貴的雷射和放大器。但近年來，哥倫比亞大學的研究團隊，偶然發現了一種全新的解決方案：他們在開發用於光達（LiDAR）技術的高功率晶片時，發現當足夠的功率通過晶片時，會自發地產生頻率梳。這項發現為頻率梳的小型化和普及化打開了新的大門。

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(矽光子學：晶片上的光波革命)

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矽光子學（Silicon Photonics）是將光學元件整合到矽晶片上的一門技術。相較於傳統的電子元件，光具有更高的傳輸速度和更低的能量損耗。矽光子學的目標是利用光來取代電子，在晶片上實現更快速、更高效的數據傳輸和處理。

研究團隊將多模雷射二極體整合到矽光子晶片中，透過巧妙的設計和控制，成功地「淨化」了雷射光束，使其具有高相干性。接著，利用晶片的非線性光學特性，將純淨的光束分解成數十條間隔均勻的色線，形成了高效率的頻率梳。這項技術不僅縮小了頻率梳的體積，還提高了其效率和穩定性。

(解鎖數據中心：突破頻寬瓶頸)


隨著人工智慧的蓬勃發展，數據中心正面臨著前所未有的挑戰。在處理器和記憶體之間快速傳輸海量數據的需求，已經遠遠超過了傳統電路的處理能力。目前，最先進的數據中心已經開始使用光纖鏈路來傳輸數據，但大多仍依賴單一波長的雷射。

頻率梳技術的出現，為突破頻寬瓶頸提供了解決方案。透過波分多工（WDM）技術，多個波長的光束可以同時在同一條光纖中傳輸數據，極大地提高了數據傳輸的容量。研究團隊成功地將高功率、多波長的頻率梳縮小到晶片尺寸，使其能夠應用於現代計算系統中最緊湊、對成本最敏感的部分。這項技術有望徹底改變數據中心的基礎設施，使其能夠更快速、更高效地處理和傳輸數據。

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(彩虹晶片的潛力：超越數據中心)

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除了數據中心，彩虹晶片還具有廣泛的應用前景。例如，它可以被應用於便攜式光譜儀，用於精確測量物質的光譜特性；也可以被用於超精密的原子鐘，提供更準確的時間基準；甚至可以被用於量子計算機和先進的光達系統。

「這一切都是為了將實驗室級的光源帶入真實世界的設備中。如果你能讓它們變得強大、高效且足夠小，你幾乎可以把它們放在任何地方。」—— Andres Gil-Molina

隨著矽光子學技術的不斷發展，彩虹晶片有望在各個領域大放異彩，為科學研究和技術創新帶來新的可能性。

(台灣的機會：掌握矽光子學的未來)


台灣在半導體產業擁有舉足輕重的地位，而矽光子學正是下一代半導體技術的重要發展方向。台灣的學術界和產業界面臨著巨大的機會，可以利用現有的優勢，積極投入矽光子學的研究和開發。

政府可以加大對矽光子學的科研投入，支持大學和研究機構開展相關研究，培養更多的專業人才。產業界可以與學術界合作，共同開發具有競爭力的矽光子產品，搶佔市場先機。透過產學研的緊密合作，台灣有望在矽光子學領域取得領先地位，為台灣的經濟發展注入新的動力。

想了解更多關於頻率梳和矽光子學的資訊，可以在學術資料庫中搜尋 “frequency comb”、”silicon photonics” 等關鍵字，或參考 Nature Photonics 期刊上由 Michal Lipson 教授團隊發表的相關論文。

Ref:

Columbia University School of Engineering and Applied Science. (2025, October
7). Scientists accidentally create a tiny “rainbow chip” that could supercharge
the internet. ScienceDaily. Retrieved October 7, 2025 from www.sciencedaily.com/
releases/2025/10/251007081823.htm

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Story Source:
Materials provided by Columbia University School of Engineering and Applied Science. Note: Content may be edited for style and length.