"转化产业" - 基于光的铌酸锂芯片技术可能激发月球导航和下一代农业的发展

科学家预测，极薄的铌酸锂芯片将在基于光的技术方面超过硅芯片。这些芯片具有广泛的潜在应用，从地球上远距离检测成熟的水果到指导月球上的导航。铌酸锂的人工晶体是这些技术的首选平台，因为它具有优越的性能和并借助了制造技术的进步。

皇家墨尔本理工大学的杰出教授Arnan Mitchell和阿德莱德大学的Andy Boes博士带领这个全球专家团队在《科学》杂志上回顾了铌酸锂的能力和潜在应用。这个国际团队，包括来自北京大学和哈佛大学的科学家，正在与工业界合作制造导航系统，计划在这十年晚些时候帮助漫游车在月球上行驶。

这种芯片只有指甲盖大小，是在铌酸锂的薄膜上制成的。它可以被用于一系列的应用，包括在电信领域，使我们的互联网更快。

由于不可能在月球上使用全球定位系统（GPS）技术，月球车的导航系统将需要使用一个替代系统，这就是该团队的创新之处。

米切尔说，通过检测激光的微小变化，铌酸锂芯片可以用来测量运动，而不需要外部信号。

"这不是科幻小说--这种人造晶体正被用于开发一系列令人兴奋的应用。而利用这种多功能技术的潜力的竞争正在升温，"综合光子学和应用中心主任米切尔说。虽然月球导航装置还处于早期开发阶段，但铌酸锂芯片技术已经"成熟到可以用于太空应用"。

"我们的铌酸锂芯片技术也很灵活，足以迅速适应几乎所有使用光的应用，"米切尔说。"我们现在专注于导航，但同样的技术也可用于将月球上的互联网与地球上的互联网连接起来。"

什么是铌酸锂，它可以如何使用？铌酸锂是一种人工晶体，最早发现于1949年，但现在"又开始流行了"。铌酸锂在光子学--光的科学和技术--领域有新的用途，因为与其他材料不同，它可以产生和操纵从微波到紫外线频率的全光谱的电磁波。

硅是电子电路的首选材料，但它的局限性在光子学中已变得越来越明显。铌酸锂由于其卓越的能力而重新流行起来，制造方面的进展意味着它现在可以随时作为半导体晶圆上的薄膜使用。

一层比人的头发还要薄1000倍的铌酸锂可以被放在半导体晶圆上。光子电路被印在铌酸锂层中，根据芯片的预期用途进行定制。一个指甲大小的芯片可能包含数百个不同的电路。

Mitchell说，该团队正在与澳大利亚的Advanced Navigation公司合作创建光学陀螺仪，其中激光在光纤线圈中以顺时针和逆时针方向发射。

根据爱因斯坦的相对论，随着线圈的移动，光纤在一个方向比另一个方向略短。光子芯片足够敏感，可以测量这种微小的差异，并利用它来确定线圈的移动情况。观察者如果能跟踪运动，那么就知道你相对于其开始的地方在哪里，这被称为惯性导航"。

这项技术还可用于远程检测水果的成熟度。成熟的水果发出的气体会被光谱中的中红外部分的光吸收。一架在果园中盘旋的无人机将向另一架无人机传输光线，后者将感知光线被吸收的程度以及水果何时可以采摘。这种微芯片技术比目前的技术更小、更便宜、更准确，可用于非常小的无人机，不会损害果树。

光子芯片现在可以改变远远超出传统上只有光纤通信应用的行业。