當代人不僅越來越離不開各類智能電子產(chǎn)品，而且對電子產(chǎn)品性能的要求也越來越高，總希望電腦和手機的反應速度再快點。

然而，不管是智能手機還是電腦，都離不開芯片，芯片的好壞決定了電子產(chǎn)品的性能。如今，電子技術(shù)飛快地更新?lián)Q代，各種新型的芯片也如雨后春筍般出現(xiàn)。

在這些芯片中，有一類十分特立獨行，它不再靠電流來傳輸、處理信號，而是利用不同波長的光，這便是光電子芯片(optoelectronic chip)。

這是怎么回事呢？下面，讓小編為大家介紹一下吧~

什么是芯片？

介紹光電子芯片之前，我們先了解一下傳統(tǒng)的芯片。芯片的全名叫集成電路（integrated circuits），通俗來講就是把許許多多有復雜功能的電路集中地放在一小塊區(qū)域上。

以電腦中最重要的CPU（中央處理器）為例子，它本質(zhì)上是由數(shù)以億計的“小開關(guān)”和其它電路元件組合而成的。

其中，這個“小開關(guān)”有一個高端大氣的名字叫晶體管（transistor）。當晶體管處于開啟狀態(tài)時，就會有電流通過；處于關(guān)閉狀態(tài)時，電流就會被掐斷。

當晶體管“開啟”，有電流通過時，記為狀態(tài)“1”；當晶體管“關(guān)閉”，沒有電流通過時，記為狀態(tài)“0”。

電腦中的芯片，便是通過記錄和處理上億個“010101”的數(shù)來實現(xiàn)邏輯計算和信息處理的功能。

當信息以“010101”的形式處理完畢后，這些數(shù)字便會被翻譯成屏幕上的圖畫、文字、視頻供我們觀看。

那么電腦芯片中的這些“小開關(guān)”具體是如何工作的呢？

既然需要電流通過晶體管內(nèi)部，那么晶體管里自然會有電流流入的一端和電流流出的一端，它們分別叫做“源極”和“漏極”。

而起到“開關(guān)”作用的部分像一個柵欄一樣，能夠阻斷或允許電流通過，于是它被形象地稱為“柵極”。

晶體管示意圖

上圖就是晶體管的示意圖，通常情況下它是絕緣的，電流無法從它的內(nèi)部通過，即為“0”狀態(tài)。

這時，如果在柵極施加一定大小的電壓，晶體管內(nèi)部的導電性能就會發(fā)生變化，形成一條導電溝道，于是電流就可以從源極進入，從柵極流出，晶體管轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”狀態(tài)。

開啟狀態(tài)的芯片

于是，我們只需要控制晶體管柵極的電壓就可以輕松地改變芯片的狀態(tài)，使其表示“0”或“1”。

上億個這樣的晶體管排列在一起，就可以記錄和處理各種各樣的龐大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過翻譯，變成我們看到的畫面。

光電子芯片元件

光電子芯片的原理實際上和傳統(tǒng)芯片十分相似，也由無數(shù)個“小開關(guān)”（光電子芯片元件）構(gòu)成，其中一個技術(shù)手段就是把“小開關(guān)”中的電流換成了光。讓我們先來看一下它的結(jié)構(gòu)（簡化模型）：

簡化的光電芯片元件示意圖

由上述的簡化模型可以看出，光電子芯片元件主要由柵極、光波導、襯底三大部分組成。其中，光波導相當于一個“篩子”，可以讓特定頻率或波長的光通過，而阻斷其他頻率的光。

但是，光波導這個“篩子”不是一成不變的，一旦柵極上被施加一個電壓，它就會改變自己的篩選標準，只讓另外一種頻率的光通過，而阻斷其他的光。

光電子芯片元件柵極的作用

可能有小伙伴會問，為什么柵極電壓可以改變光波導的篩選標準呢？光波導又是怎么實現(xiàn)篩選不同頻率的光的呢？

其實，這和吉他的原理差不多，一根固定好的琴弦，當你撥動時總會發(fā)出同一種頻率的聲音。但當你通過另一只手的按壓，改變了琴弦的長度與張弛時，發(fā)出聲音的頻率也會隨之改變。

光和聲音類似，本質(zhì)上是一種波的振蕩，當光進入光波導后，會在里面不斷地振蕩。而光波導邊界的性質(zhì)，決定了里面允許的振蕩模式與頻率，只有特定頻率的光能夠在光波導內(nèi)發(fā)生振蕩。

如果光的頻率與光波導不對應，這種光就無法在光波導內(nèi)振蕩起來電子芯片，振蕩消失，光也不會存在，于是不滿足頻率要求的光就會被阻擋在外面。

而柵極就像是彈吉他時的左手，通過改變光波導邊界的性質(zhì)，來改變其內(nèi)部允許通過的頻率。而施加電壓是一種既簡單又容易實現(xiàn)的改變邊界性質(zhì)的方法。